Испарение поверхности звездолета

[garg]

Тянущая схема с выхлопом вперед, это как?
Я думал скорее в сторону создания перед носом плазменого щита - т.к. достаточный уровень лазерного излучения для весьма неплотной межзвездой среды кажется дохрена избыточным. 
Возможно совмещение с термоядерным реакторо-приводом - только выхлоп  полями все-таки вывести назад.
Насколько это реально  хз. Если малореально. То все одно реактор вперед. в нем по умолчанию конструктивно должна быть максимальная защита, ею же и прикрываться.
Возможна комбинация -испарительная защита  тонкого носика с коконом типа кавитацонного у подводных ракет.
Крупные частицы естественно активно подсвечивать и испарять привентивно. Иначе никакая защита не сдюжит.

[telekast]

Тянущая схема с выхлопом вперед, это как?

Тянущая схема предполагает выхлоп назад. Нынче все схемы, условно, толкающие - движок в корме, выхлоп назад. В толкающей движки в носу, а выхлоп тоже назад. Корабль летит в облаке им же выкинутых газов, плазмы, внутри факела. Я же написал.

[Димитър]

Ставим электрореактивные/плазменные движки постоянной тяги в носу, по "тянущей" схеме.

Они и испарятся в первой очереди...

Получится, что корабль летит в коконе выхлопа заряженных газов, внутри факела.

Не нагреется, вызывая гибелъ экипажа?

[Бертикъ]

В толкающей движки в носу, а выхлоп тоже назад.

Вероятно, Вы описались - выше ц.м. (т.е. "в носу") двигатели располагаются по тянущей схеме.

Корабль летит в облаке им же выкинутых газов, плазмы, внутри факела.

А движение в облаке плазмы создает "некоторые" сложности для радиосвязи.

[telekast]

Ставим электрореактивные/плазменные движки постоянной тяги в носу, по "тянущей" схеме.

Они и испарятся в первой очереди...

Получится, что корабль летит в коконе выхлопа заряженных газов, внутри факела.

Не нагреется, вызывая гибелъ экипажа?

Лобовая проекция двигателей меньше лобовой проекции корабля. Защитить проще.

"Я не тактик, я - стратег!"(с)
Отражающая оболочка, охлаждение топливом перед подачей в двигатель, подача на оболочку одноименного заряда, для предотвращения контакта факела с корпусом, етц 
Имху 

[telekast]

В толкающей движки в носу, а выхлоп тоже назад.

Вероятно, Вы описались - выше ц.м. (т.е. "в носу") двигатели располагаются по тянущей схеме.

Корабль летит в облаке им же выкинутых газов, плазмы, внутри факела.

А движение в облаке плазмы создает "некоторые" сложности для радиосвязи.

Возможно.

Выпуск буксируемой антенны. Связь по лазерному лучу, Модулирование выхлопа.
Имху 

[Шестопер239]

В междузвездном пространстве есть частицы вещества. При движении звездолета они будут сталкываться с ним. Из-за огромной скорости при столкновении частицы будут выбывать атомы и молекулы из корпуса корабля. Таким образом, он будет постепенно испаряться. Испарение зависит от квадрата скорости звездолета и от плотности междузвездного вещества. По моим грубым прикидкам, при движении со скорости, близкой к скорости света, даже при полете до ближайших звезд на каждом квадратном метре лобовой поверхности корабля испарятся примерно несколько тонн массы !

Выходит, даже если мы найдем способ ускорить корабль до скорости света, то он и до ближайших звезд может не дойти! Испарится в пространстве ...

Заряженных частиц можно отклонить магнитным полем, а с нейтральными что делать? То ли надо летать медленнее, то ли тащить впереди корабля массивный щит. А сам корабль должен быть длинным и с малым напречным сечением - как современные ракеты и самолеты.

Кто-то может рассчытать этот процесс испарения более точно ? Я не могу.

Да, нужно будет делать отсек ПН звездолета узкого сечения, и оснащать его разнесенным щитом - щит собственно на корпусе корабля, и щит, летящий впереди (в период разгона может быть установлен на вынесенной ферме). Щит такой разнесенной конструкции сможет противостоять не только столкновениям с молекулами и мелкими пылинками, но и с более крупными частицами, которые будут полностью разрушены ударом о внешний щит, пробьют в нем дыру (внешний щит имеет заменяемые элементы), но до внутреннего шита долетят уже в виде безопасного облака плазмы. 

С такой защитой целесообразно летать со скоростями порядка 0,1-0,5 с, для более быстрых скоростей конструкция щита нерационально утяжеляется.
Разгоняться можно лазерным парусом, тормозить магнитным парашютом.
Для обратного полета в системе прибытия привезенные с собой  роботизированные заводы должны построить из астероидов лазерную батарею для обратного разгона.
Так что возвращаемый корабль должен быть достаточно грузоподъёмными.  Первый полет в новую систему всегда будет беспилотным - на случай, если она окажется слишком бедна ресурсами для обратного полета.
В эпоху межзвездных перелетов продолжительность жизни модифицированных людей увеличится настолько, что десятки лет полета для них будут небольшим интервалом.
С учетом необходимости везти с собой замкнутую экосистему с большой автономностью, и универсальный роботизированный производственный комплекс, ПН звездолетов вряд ли будет меньше нескольких тысяч тонн, а стартовая масса парусника - порядка десятков тысяч тонн.
Чтобы за полгода разогнать звездолет массой 50 тысяч тонн до 0,5 с - при КПД разгонных лазеров 30% потребуется электрическая мощность порядка 100 тысяч тераватт, что примерно в 10 тысяч раз превышает современную энерговооруженность человечества. 

[SONY]

Энергия 0.03 гр вещества со скорости, близкой к скорости света равна энергии испарения 30 тон бора !

Энергия 0,03 г вещества при скорости, близкой к скорости света, абсолютно любая. Это могут быть и 13,6 ГДж (испарение 300 кг бора), если мы считаем 10% от скорости света "близкими к скорости света", и 57,7 ТДж (испарение 1273,5 тонн бора), если нам 99,9% от скорости света подавай.
Так что прежде чем рассуждать о том, насколько велика проблема испарения материала звездолёта, неплохо бы определиться, что именно мы называем "близкой к скорости света" скоростью...

На всякий случай сообщу, что все хоть минимально реалистичные проекты звездолётов имеют скорости не более 20% от световой, а зачастую - не более 10%. Т.е. обсуждать проблемы, которые возникнут при 80-90-99% от световой скорости нет никакого смысла, т.к. подобные скорости просто недостижимы ни при каких ожидаемых в будущем технологиях.
Если же мы откроем "новую физику", которая даст нам возможность разгонять массивные объекты до 99,9% скорости света, то все наши текущие рассуждения просто потеряют смысл на фоне вновь появившихся возможностей человечества.

[Димитър]

прежде чем рассуждать о том, насколько велика проблема испарения материала звездолёта, неплохо бы определиться, что именно мы называем "близкой к скорости света" скоростью...

О! До Вас начало доходить то, о чем я пишу. 
Испарение 300 кг/кв.м бора при плотности 2.4 г/см3, это 12.5 см слой. А если нету щита из бора? Так, что проблем появляется даже при скорости в 0.1 С.

Если же мы откроем "новую физику", которая даст нам возможность разгонять массивные объекты до 99,9% скорости света, то все наши текущие рассуждения просто потеряют смысл

Нет! Теория относительности не отменяет класическую физику. Ваша новая физика тоже не может отменить то, что мы твердо знаем. Она может быть только дополнение к нем.

[SONY]

Испарение 300 кг/кв.м бора при плотности 2.4 г/см3, это 12.5 см слой. А если нету щита из бора? Так, что проблем появляется даже при скорости в 0.1 С.

Что проблема существует вообще в принципе как бы и до вас все знали... Только сделать щит толщиной 15 см - это не шибко большая проблема.

Нет! Теория относительности не отменяет класическую физику. Ваша новая физика тоже не может отменить то, что мы твердо знаем. Она может быть только дополнение к нем.

Очень даже отменяет!
Она позволяет вам (по вашим собственным часам) двигаясь со скоростью 99,9% от скорости света преодолеть расстояние в 4,5 световых года до соседней звёздной системы менее чем за два с половиной месяца. В классической физике Ньютона ничего подобного не было и близко!

[Шестопер239]

Взаимодействия с набегающим потоком вещества не будет в случае движения корабля вместе с окружающим корабль пузырем Алькубьерре. Точнее, пузырь не движется, а пространство впереди корабля перестраивается в пузырь.
Но с инженерной точки зрения возможность практической реализации такой конструкции остается под вопросом. 

[opinion]

Ек = m.V^2/2 = 4.5.10^16 дж/кг при V = 300 000 км/с

На 0.03 грамма - 1.35 .10^12 дж / м2

Удельная теплота парообразования/ конденсации, кДж/кг

бор - 45 300

бериллий - 32 500

(у вольфрама теплота испарения 4482 кДж/кг)

Энергия 0.03 гр вещества со скорости, близкой к скорости света равна энергии испарения 30 тон бора ! Конечно же, значинельная чась энергии разсосется на нагревание щита. Но даже при к.п.д. испарения в 10 %, мы потеряем по 3 тона вещества на каждый кв. метр лобового щита.

Если уменьшим скорость до 0.1 С, то потеря на испарение уменьшится в сто раз - до 30 кг/ кв.м  при к.п.д 10 %

"Проверьте мои вычисления" (с)

Во-первых, при скорости 300000 км/с было бы неплохо использовать релятивистские формулы. Во-вторых, важна мощность, а не энергия. Посчитайте, какую мощность будет поглощать щит, и сравните с мощностью, которую он будет рассеивать за счет излучения. Приведённые расчёты проверять не имеет смысла - они вообще не о том.

[Georgea]

Я в этом ничего не понимаю, но у меня есть сомнения, что мы можем себе адекватно представить, что будет происходить при столкновениях на таких скоростях.

Для сравнения, в своё время полной неожиданностью стало, что столкновения на скорости выше звуковой происходит по совершенно другим законам, чем на дозвуковой. Полагаю, что и на скорость 0,1с легко может вылезти что-то такое, о чём сейчас и не подозревают.

[blik]

важна мощность, а не энергия. Посчитайте, какую мощность будет поглощать щит, и сравните с мощностью, которую он будет рассеивать за счет излучения.

Чем больше скорость, тем больше будет играть роль эрозия материала. То есть полученная энергия от частицы в момент удара не будет успевать передаваться на остальную часть щита, а сразу будет испарять/выбивать атомы в месте удара. Исследований на эту тему в интернете полно.

Во-первых, при скорости 300000 км/с было бы неплохо использовать релятивистские формулы.

так точно, удвоение массы протона, то есть кинетическая энергия ~1Гэв на скорости 0,87с

[opinion]

Я в этом ничего не понимаю, но у меня есть сомнения, что мы можем себе адекватно представить, что будет происходить при столкновениях на таких скоростях.

Для сравнения, в своё время полной неожиданностью стало, что столкновения на скорости выше звуковой происходит по совершенно другим законам, чем на дозвуковой. Полагаю, что и на скорость 0,1с легко может вылезти что-то такое, о чём сейчас и не подозревают.

Наоборот, должно быть, это очень хорошо изучено. 

На сильно дорелятивистских скоростях будет происходить распыление. Его изучают при бомбардировке поверхности ускоренными ионами (но с точки зрения взаимодействия с поверхностью, не имеет значения, заряжена частица или нет). Я не проверял, но почти наверняка при таких плотностях каждая частица будет взаимодействовать с веществом независимо от других. То есть, никакого испарения не будет. Так как это почти исключительно водород, распыление не должно быть сильным. 

На релятивистских скоростях будет поглощение протонов материалом щита. Думаю, они будут тормозиться на таких больших глубинах, что никакой эрозии не будет. Но это опять-таки только моё мнение. Чтобы узнать точно, надо читать литературу.

[Димитър]

важна мощность, а не энергия. Посчитайте, какую мощность будет поглощать щит, и сравните с мощностью, которую он будет рассеивать за счет излучения.

Если энергия была неперерывный континуум, то было бы так. Но мы имеем дело с дискретными частицами, каждая из которых выбивает кучу атомов из поверхности щита. 

На релятивистских скоростях будет поглощение протонов материалом щита. Думаю, они будут тормозиться на таких больших глубинах, что никакой эрозии не будет.

Ну вот! Начали говорить об отдельных частицах (протонов). Торможение начинается с поверхности. Часть атомов щита вылетит в космос, часть затормозится и осядет обратно в объеме щита, а ее энергия рассется в виде теплоты. То, что я назвал к.п.д. испарения. 

[opinion]

Торможение начинается с поверхности. Часть атомов щита вылетит в космос, часть затормозится и осядет обратно в объеме щита, а ее энергия рассется в виде теплоты. То, что я назвал к.п.д. испарения. 

Сечение упругого рассеяния уменьшается при больших энергиях. Частица теряет у поверхности небольшую часть энергии. Она начнёт по-настоящему тормозиться только на некоторой глубине. Чем больше начальная энергия, тем больше эта глубина. Поэтому вовсе не факт, что частица что-то выбьет с поверхности щита. То, что вы назвали кпд испарения, не имеет к испарению никакого отношения.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BF%D1%8B%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5

[nonconvex]

Наоборот, должно быть, это очень хорошо изучено.

. . .

Но это опять-таки только моё мнение. Чтобы узнать точно, надо читать литературу.

То есть литературу вы не читали, но имеете мнение, что изучено хорошо, и даже очень.

[Inti]

У Кларка в "Песнях далекой земли", если не ошибаюсь, звездолеты тащили перед собой ледяной щит, чтоб на перелет хватало. Испарился - остановились у подходящей планеты, накачали воды и полетели дальше )

Я правильно понимаю, что с одной остановкой на перелёт потребуется вдвое больше топлива?

У Артура Кларка с эти проблем не было, на его звездолёте стоял какой-то вакуумный двигатель, брал энергию прямо из вакуума и излучал в виде фотонов. Одна проблема, этот двигатель изобретут в далёком будущем.

[opinion]

Наоборот, должно быть, это очень хорошо изучено.

. . .

Но это опять-таки только моё мнение. Чтобы узнать точно, надо читать литературу.

То есть литературу вы не читали, но имеете мнение, что изучено хорошо, и даже очень.

Так это автору гипотезы, что звездолёт испарится, нужно читать. А мне даже непонятно, для каких энергий искать данные. Ну вот нашлась статья для протонов 14-16 МэВ. Пишут, что коэффициент распыления для ниобия - 1e-4...1e-5. Уже можно прикинуть, какой толщины нужен щит.