Полёт на Альфа Центавра с помощью новового двигателя - Электро Пульс Кольца

Автор Astrodrive, 07.03.2023 20:38:55

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

Serge V Iz

Значит, у них есть только один шанс -- загрузить в корабль тоталитарную секту идейных, которые знают, что такое "ложь во спасение" И знают, насколько она важна ))

Astrodrive

Если взять Термоядерную Реакцию:
Дейтирий + Гелий-3 = Гелий-4 (3.6 MeV) + p (14.7 MeV);

И сделать на её основе реактивный двигатель, который из сопла выкидывает ресультаты этой реакции: протоны и Гелий-4. У двигателя внутри должно быть заряженное электростатическое зеркало, чтобы отражать протоны, ионны и направлять их из сопла.

Посчитаем Кинетическую Энергию этой реакции:

                      m(протон)V(протон)^2
Е(протон) = ----------------------------;
                                        2

                        m(Гелий-4 )V(Гелий-4 )^2
Е(Гелий-4 ) = -------------------------------;
                                           2

m(протон) = 1.672 E-27 kg;
E(протон) = 14.7 MeV = 2.355 E-12 Дж;

V(протон) = sqrt( 2 E / m(протон)) = sqrt (2 * 2.355 E-12 / 1.672 E-27) = 53,075,282 м/сек;

m(Гелий-4) = 4 * 1.672 E-27 кг = 6.688 E-27 кг;
E(Гелий-4) = 3.6 MeV = 5.767 E-13 Дж;

V(Гелий-4) = sqrt ( 2 E / m(Гелий-4)) = sqrt (2 * 5.767 E-13 / 6.688 E-27) = 13,132,331 м/сек;

Из двигателя выходят две реактивные струи: протоны и Гелий-4.

Потом допускаем, что масса нашего корабля m(ship) = 300,000 кг, масса топлива для разгона m(fuel) = 94,608 кг, масса корабля без топлива m(ship-fuel) = 205,392 кг.

Корабль разгоняется за три года. Двигатель выбрасывает 1 грамм вешества в секунду. Всего 94,608,000 секунд в трёх годах и выброс равен 94,608,000 граммам только для ускорения. Торможение мы не рассматриваем, хотя массу топлива для торможения закладываем в массу корабля.
Получается зонд для разведки Альфа-Центавра, без экипажа.

                                            m(ship)
delta-v1 = V(proton) ln(----------------);
                                         m(ship-fuel)

delta-v1 = 53,075,282 ln ( 300,000 / 205,392) = 20,108,214 м/сек;

                                             m(ship)
delta-v2 = V(Гелий-4) ln(----------------);
                                          m(ship-fuel)

delta-v1 = 13,132,331 ln (300,000 / 205,392) = 4,975,342 м/сек;

delta-v-total = delta-v1 + delta-v2 = 20,108,214 + 4,975,342 = 25,083,556 м/сек;

То есть Реактивный Термоядерный Двигатель позволяет легко разогнаться до 25,083,556 / 300,000,000 = 0.083c за три года с минимальной массой корабля. Я правильно считаю?

Имеет смысл разрабатывать Реактивные Термоядерные Двигатели.

Теоретически зонд можно разогнать и до 0.5c. Для этого массу топлива для разгона нужно увеличить в 10 раз. С 94,608 кг до 900,000 кг (приблизительно). Двигатель теперь выбрасывает 10 граммов вещества в секунду.

delta-v-total = 53,075,282 ln ( 10 ) + 13,132,331 ln ( 10 ) = 122,210,353 + 30,238,309 = 152,448,662 км/сек.

                         m(ship)                    1,000,000
ln ( 10 ) = ln (----------------) = ln (--------------);
                       m(ship-fuel)                100,000

m(ship) = 1,000,000 кг.
m(ship-fuel) =1,000,000 - 900,000 = 100,000 кг.

Со скоростью 0.5c можно посылать и людей на Альфа-Центавра. Они долетят где-то за 10 лет. 3 года ускорение + 4 года полёта по инерции + 3 года торможение = всего около 10 лет полёта (может чуть больше).

В этом случае нам не нужны корабли-поколений. Вот такие эффективные Реактивные Термоядерные Двигатели.
Я ухожу с этого форума по личным причинам. Спасибо всем за обсуждение интересных тем.

SONY

Цитата: Дем от 14.03.2023 10:18:02А "кораблю поколений" количество поколений без разницы.
Ещё как есть разница!
5-10 поколений чтобы пролететь 10-20 световых лет на скорости в 10% от скорости света - это наверняка посильно и технике, и биологии.
А вот что прилетит через тысячу поколений - это большой вопрос... Как в плане работоспособности техники, так и в плане вырождения замкнутой популяции.
Цитата: Дем от 14.03.2023 10:18:020.1% вполне обеспечивается через гравманевр.
Максимальная возможная добавочная скорость через гравитационный манёвр - это 42,73 км/с у Юпитера.
Ну, допустим, нам повезёт ещё у Сатурна сделать дополнительный манёвр - это ещё 25,62 км/с. В сумме - 68,35 км/с. И это речь о гипотетическом пределе! 0,0228% от скорости света.

Дем

Цитата: algol5720 от 14.03.2023 12:46:39300 км/с через гравманевр???
Эффект Оберта, однако.
Цитата: Сергей Хижняк от 14.03.2023 13:30:55Там встаёт гораздо более серьёзный вопрос - согласится ли уже первое поколение лететь дальше.
А у него уже нет вариантов - или лететь или сдохнуть. Энергии только на торможение.
И даже если бы было - то они помрут раньше чем вернутся.
Цитата: Dulevo от 14.03.2023 14:19:39Хотя в корабли поколений не верю. Там столько проблем - и половина проблем наверняка выявится только во время реального полета.
Никто такой эксперимент на людях делать не будет.
Отошлют коробку с роботами и набором яйцеклеток. Роботы уже по прилету на место вырастят колонизаторов.
Терраформирование планеты - займёт времени на порядок больше чем полёт. И всё это время придётся жить в банке, пусть возможно и на поверхности. Так что как именно лететь - имеет мало значения.
Летать в космос необходимо. Жить - не необходимо.

Дем

Цитата: SONY от 14.03.2023 17:11:23Ещё как есть разница!
5-10 поколений чтобы пролететь 10-20 световых лет на скорости в 10% от скорости света - это наверняка посильно и технике, и биологии.
А вот что прилетит через тысячу поколений - это большой вопрос... Как в плане работоспособности техники, так и в плане вырождения замкнутой популяции.
Угу, поэтому я и не верю в такие  корабли.
А при наличии генинженерии - можно увеличить продолжительность жизни чтобы долететь самим.
Летать в космос необходимо. Жить - не необходимо.

Дмитрий В.

Цитата: Дем от 14.03.2023 17:18:59Терраформирование планеты - займёт времени на порядок больше чем полёт. ...
На порядки.
Lingua latina non penis canina
StarShip - аналоговнет!

Astrodrive

Теоретически зонд с Реактивным Термоядерным Двигателем можно разогнать и до 0.5c. Для этого массу топлива для разгона нужно увеличить в 10 раз. С 94,608 кг до 900,000 кг (приблизительно). Двигатель теперь выбрасывает 10 граммов вещества в секунду.

delta-v-total = 53,075,282 ln ( 10 ) + 13,132,331 ln ( 10 ) = 122,210,353 + 30,238,309 = 152,448,662 км/сек.

                        m(ship)                    1,000,000
ln ( 10 ) = ln (----------------) = ln (--------------);
                      m(ship-fuel)                100,000

m(ship) = 1,000,000 кг.
m(ship-fuel) =1,000,000 - 900,000 = 100,000 кг.

Со скоростью 0.5c можно посылать и людей на Альфа-Центавра. Они долетят где-то за 10 лет. 3 года ускорение + 4 года полёта по инерции + 3 года торможение = всего около 10 лет полёта (может чуть больше).

В этом случае нам не нужны корабли-поколений. Вот такие эффективные Реактивные Термоядерные Двигатели.
Я ухожу с этого форума по личным причинам. Спасибо всем за обсуждение интересных тем.

Сергей Хижняк

Цитата: Serge V Iz от 14.03.2023 14:36:36Значит, у них есть только один шанс -- загрузить в корабль тоталитарную секту идейных, которые знают, что такое "ложь во спасение" И знают, насколько она важна ))
В принципе, могло бы сработать. Но у людей есть нехорошее свойство - в течение жизни менять свои взгляды. Вот прямо сейчас они идейные, пробы ставить негде, и все психологические тесты прошли, и детекторы лжи и всё на свете. А пройдёт лет 20 полёта, и идейность у кого-нибудь улетучится. Мало, что ли, вероотступников в истории человечества было? Причём у человеческой психики есть закон маятника, чем сильнее человек верил в какую-то идею, тем более яростным противником этой идеи он станет, когда разуверится. "От любви до ненависти - один шаг" как раз про это. Так что стоит одному члену экипажа разочароваться в идее, как он сразу начнёт перевербовывать остальных, привлекать на свою сторону идеологически нестойкую молодёжь, учинять саботажи и бунты, и пошло-поехало.

В общем, я бы лучше рассчитывал на правильно запрограммированных роботов, чем на идейно нестойких хомо сапиенсов.

Сергей Хижняк

Цитата: Дем от 14.03.2023 17:21:23А при наличии генинженерии - можно увеличить продолжительность жизни чтобы долететь самим.
Гораздо проще лечь в анабиоз.

SONY

Цитата: Astrodrive от 14.03.2023 16:18:58Я правильно считаю?
Нет, неправильно.
Потратив 1 кг топлива вы получите 0,2 кг протонов на скорости 53,075,282 м/сек + 0,8 кг альфа-частиц на скорости 13,132,331 м/сек.
Это даст 0,2 * 53,075,282 + 0,8 * 13,132,331 = 10,615,056.4 + 10,505,864.8 = 21,120,921.2 ~ 21,120,921 Н*с импульса.
Делим на 1 кг израсходованного топлива и получаем, что удельный импульс нашего двигателя -  21,120,921 м/с. Вот его и надо подставлять в формулу Циолковского.

delta-V =  21,120,921 * ln ( 300,000 / 205,392) = 8,001,917 - втрое меньше, чем вы насчитали.

При массе топлива в 90% от стартовой массы корабля получим delta-V = 48,632,718 м/с = 0,162 c, а вовсе не 0,5.

Astrodrive

Цитата: SONY от 14.03.2023 17:31:16
Цитата: Astrodrive от 14.03.2023 16:18:58Я правильно считаю?
Нет, неправильно.
Потратив 1 кг топлива вы получите 0,2 кг протонов на скорости 53,075,282 м/сек + 0,8 кг альфа-частиц на скорости 13,132,331 м/сек.
Это даст 0,2 * 53,075,282 + 0,8 * 13,132,331 = 10,615,056.4 + 10,505,864.8 = 21,120,921.2 ~ 21,120,921 Н*с импульса.
Делим на 1 кг израсходованного топлива и получаем, что удельный импульс нашего двигателя -  21,120,921 м/с. Вот его и надо подставлять в формулу Циолковского.
delta-V =  21,120,921 * ln ( 300,000 / 205,392) = 8,001,917 - втрое меньше, чем вы насчитали.
При массе топлива в 90% от стартовой массы корабля получим delta-V = 48,632,718 м/с = 0,162 c, а вовсе не 0,5.
Спасибо за объяснение.
Я ухожу с этого форума по личным причинам. Спасибо всем за обсуждение интересных тем.

Astrodrive

Цитата: SONY от 14.03.2023 17:31:16При массе топлива в 90% от стартовой массы корабля получим delta-V = 48,632,718 м/с = 0,162 c, а вовсе не 0,5.
Это и есть ограничение самого эффективного двигателя, который мы можем построить в недалёком будущем?
Я ухожу с этого форума по личным причинам. Спасибо всем за обсуждение интересных тем.

Сергей Хижняк

Цитата: Дмитрий В. от 14.03.2023 17:22:14
Цитата: Дем от 14.03.2023 17:18:59Терраформирование планеты - займёт времени на порядок больше чем полёт. ...
На порядки.
Земле, чтобы терраформироваться до состояния, при котором может жить человек, потребовалось более 3,6 млрд. лет (это если считать с момента остывания и формирования океанов). Искусственное терраформирование, понятное дело, пойдёт быстрее - но я бы всё равно кинул на это дело от многих десятков тысяч лет (супер-оптимистический прогноз) до миллионов лет (пессимистически-реалистический прогноз). Правда, если там уже есть кислородная атмосфера привычного нам состава (и, соответственно, своя Биосфера, основанная на фотосинтезе), можно управиться быстрее. Грохнуть старую Биосферу и создать новую. Навскидку, от тысяч до десятков тысяч лет. Точнее - надо нудно считать, так что это так, интуитивно-приблизительно.

Astrodrive

Цитата: Сергей Хижняк от 14.03.2023 18:01:51Грохнуть старую Биосферу и создать новую. Навскидку, от тысяч до десятков тысяч лет. Точнее - надо нудно считать, так что это так, интуитивно-приблизительно.
Почему так долго?

Взять наловить небольших комет и астероидов со льдом и постепенно скинуть их на планету. Создать сильный парниковый эффект, поднять температуру атмосферы, разморозить лёд на полюсах, посадить растения для переработки CO2 в кислород. Это для планет типа Марса.

100 лет работы, всего то.
Я ухожу с этого форума по личным причинам. Спасибо всем за обсуждение интересных тем.


Сергей Хижняк

Цитата: Astrodrive от 14.03.2023 18:16:09Почему так долго?
Потому что Вам уже ответили
Цитата: Ну-и-ну от 14.03.2023 18:19:47...не мешки ворочать.
А отвечать более подробно с цифрами, расчётами, скоростями процессов и так далее лично мне лень. Тем более, что при некотором усердии и некотором интеллектуальном напряжении Вы можете посчитать всё это сами.
Цитата: Astrodrive от 14.03.2023 18:16:09наловить небольших комет
В Облаке Оорта, где они обитают. На расстоянии 1-2 световых года от Земли.  ;D

Astrodrive

Цитата: Сергей Хижняк от 14.03.2023 18:24:50В Облаке Оорта, где они обитают. На расстоянии 1-2 световых года от Земли.

от 0.03 до 3.2 световых лет. https://en.wikipedia.org/wiki/Oort_cloud

Это большая проблема для кораблей-роботов на Реактивных Термоядерных Двигателях (смотри выше)? Как насчёт астероидов со льдом, до пояса астероидов ещё ближе.
Я ухожу с этого форума по личным причинам. Спасибо всем за обсуждение интересных тем.

SONY

Цитата: Astrodrive от 14.03.2023 17:48:16Это и есть ограничение самого эффективного двигателя, который мы можем построить в недалёком будущем?
Ну почему же?.. Можно взять топлива 95% от массы корабля - тогда будет 0,211 c. Или даже 99% - тогда вообще 0,324 c.
Конечно, чтобы получить 95% нужна будет двухступенчатая ракета, а 99% получатся минимум с трёхступенчатой, но в целом это возможно.
Другое дело, что 100% полное выгорание термоядерного топлива со 100% эффективной фокусировкой продуктов реакции - это практически нереально... Так что удельный импульс, скорее всего, не будет сильно больше 10 000 км/с. А при таком удельном импульсе 95% дадут 10% от скорости света, 99% - около 15%.
В целом 10% от скорости света выглядят реалистичной оценкой для межзвёздных автоматических станций будущего. Ну или кораблей поколений (коих, поколений, потребуется всего несколько), если так хочется.

SONY

Цитата: Astrodrive от 14.03.2023 18:16:09Создать сильный парниковый эффект, поднять температуру атмосферы, разморозить лёд на полюсах, посадить растения для переработки CO2 в кислород. Это для планет типа Марса.

100 лет работы, всего то.
Сделать это за сто лет, наверное, возможно. Только вот потом потребуется ещё 100 000 лет чтобы эти растения переработали углекислый газ в кислород.
Это если повезёт и на Марсе когда-то было достаточно окислителя чтобы всё окислить... На Земле, например, фотосинтезирующим организмам потребовалась пара МИЛЛИАРДОВ лет чтобы своим кислородом окислить все породы, которые умеют окисляться, и наконец-то начать создавать кислородную атмосферу.

Ну-и-ну

Как-то ради праздного интереса представил я идеальную комету, 1000Мт воды, ну, кубический километр.

Прикинул, что для мало-мальски серьёзного терраформирования, скажем, Марса (площадью 144 миллиона кв км), таких надо миллионов тридцать штук.

Далее спросил, сколько комет известно (4 тысячи) и сколько их в теории есть (может и миллиарды, никто не знает). Однако, грубая оценка энергетики, потребной для операции "припереть 30 * 10^15 тонн из неведомых гребеней", вызвала некоторый шок.

Сейчас я снабжён недетским сомнением, что задача решается за сто лет. Да и за сто тысяч, собственно (это примерно по комете в день, правильно?).

Полагаю, халявы тут нет. Как говорило одно из прошлых начальств - "задача трудная, но интересная".