Инженерные вопросы межзвездных перелетов

[nakos]

Господа.
Скажите пожалста, почему обсуждаются только прожекты с внешним подвом энергии? Вся эта нереальщина с линзами Френеля нисколечко не приближает сокровенный момент достижения звёзд столь любимыми мною беспилотными зондами.
Меня очень интересует ваше мнение о проектах типа Лонгшот. Есть ли ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ошибки в Лонгшоте? Если нет фундаментальных, то есть ли практически неразрешимые технические сложности?

Моей квалификации недостаточно для ответа на первый вопрос, надеюсь вы мне тут поможете. Но мне очевидна нереальность получения трёхсот тонн Гелия-3, необходимых для Лонгшота. Так же я сомневаюсь в реальности inertial confinement fusion'а в условиях космического зонда применительно к Гелию-3. Были ли уже лабораторно осуществлены прожиги пеллетов с Гелием-3? NIF ещё не введён в действие.

А посему моё видение теоретически достижимого межзвёздного зонда-столетки - суть Лонгшот, но вместо Гелия-3 предлагаю использовать обычный ДТ. Да, триста тонн трития - это тоже проблема. Но можно будет построить тысячу-другую реакторов-бридеров по миру, которые оный тритий будут выдавать только в качестве побочного продукта, а в качестве основного - столь необходимое тепло и энергию. Так же применение ДТ снимает проблемы с поджигом.

Авторы Лонгшота отвергли ДТ, мотивируя тем, что реакция эта нейтронногенная, и радиация мол повредит аппарат. Насколько реальна такая угроза? неужели нельзя прикрыться орионоподобной стальной плитой?

Авторы Лонгшота предусмотрели хитрую электромагнитную систему, которая будет отбрасывать плазму микровзрывов назад. на форуме где-то обсуждалось, что с ДТ такое невозможно. Почему нельзя поступить проще - использовать вышеупомянутую Оrion-type pusher plate плоской или полусферической формы?

[Иван Моисеев]

Меня очень интересует ваше мнение о проектах типа Лонгшот. Есть ли ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ошибки в Лонгшоте? Если нет фундаментальных, то есть ли практически неразрешимые технические сложности?

Если говорить не о конкретно Лонгшоте (я его слабо знаю), а о .лазерном термоядерном ракетном двигателе для МП то фундаментальных или  неразрешимых технических запретов пока не обнаружено.

Были ли уже лабораторно осуществлены прожиги пеллетов с Гелием-3?

Насколько мне известно - нет и не планируется. Буду рад, если меня поправят.

А посему моё видение теоретически достижимого межзвёздного зонда-столетки - суть Лонгшот, но вместо Гелия-3 предлагаю использовать обычный ДТ. Да, триста тонн трития - это тоже проблема. Но можно будет построить тысячу-другую реакторов-бридеров по миру, которые оный тритий будут выдавать только в качестве побочного продукта, а в качестве основного - столь необходимое тепло и энергию. Так же применение ДТ снимает проблемы с поджигом.

Стоит помнить, что период полураспада трития - примерно 12 лет. Так что, если использовать тритий - его надо делать на борту.

Авторы Лонгшота отвергли ДТ, мотивируя тем, что реакция эта нейтронногенная, и радиация мол повредит аппарат. Насколько реальна такая угроза? неужели нельзя прикрыться орионоподобной стальной плитой?

Нейтронная радиация - это неприятно, но, как Вы правильно отметили - бороться можно.

Авторы Лонгшота предусмотрели хитрую электромагнитную систему, которая будет отбрасывать плазму микровзрывов назад. на форуме где-то обсуждалось, что с ДТ такое невозможно. Почему нельзя поступить проще - использовать вышеупомянутую Оrion-type pusher plate плоской или полусферической формы?

В таком случае сильно теряем в удельном импульсе.

[gans3]

А посему моё видение теоретически достижимого межзвёздного зонда-столетки - суть Лонгшот, но вместо Гелия-3 предлагаю использовать обычный ДТ. Да, триста тонн трития - это тоже проблема. Но можно будет построить тысячу-другую реакторов-бридеров по миру, которые оный тритий будут выдавать только в качестве побочного продукта, а в качестве основного - столь необходимое тепло и энергию. Так же применение ДТ снимает проблемы с поджигом.

Стоит помнить, что период полураспада трития - примерно 12 лет. Так что, если использовать тритий - его надо делать на борту.

Стесняюсь спросить - уважаемые обменивающиеся мнением помнят ВО ЧТО ПРЕВРАЩАЕТСЯ ТРИТИЙ ПРИ РАСПАДЕ?

[Иван Моисеев]

А посему моё видение теоретически достижимого межзвёздного зонда-столетки - суть Лонгшот, но вместо Гелия-3 предлагаю использовать обычный ДТ. Да, триста тонн трития - это тоже проблема. Но можно будет построить тысячу-другую реакторов-бридеров по миру, которые оный тритий будут выдавать только в качестве побочного продукта, а в качестве основного - столь необходимое тепло и энергию. Так же применение ДТ снимает проблемы с поджигом.

Стоит помнить, что период полураспада трития - примерно 12 лет. Так что, если использовать тритий - его надо делать на борту.

Стесняюсь спросить - уважаемые обменивающиеся мнением помнят ВО ЧТО ПРЕВРАЩАЕТСЯ ТРИТИЙ ПРИ РАСПАДЕ?

Неужели в НЕГО?!!!

(Кстати, "делать на борту" - это не обязательно иметь установки для производства трития. Делать можно и в КС - есть такие варианты.)

[gans3]

Стесняюсь спросить - уважаемые обменивающиеся мнением помнят ВО ЧТО ПРЕВРАЩАЕТСЯ ТРИТИЙ ПРИ РАСПАДЕ?

Неужели в НЕГО?!!!

(Кстати, "делать на борту" - это не обязательно иметь установки для производства трития. Делать можно и в КС - есть такие варианты.)

Вечный бан на яндексе  - это условие? :-)
"В процессе распада превращается в

[Иван Моисеев]

Стесняюсь спросить - уважаемые обменивающиеся мнением помнят ВО ЧТО ПРЕВРАЩАЕТСЯ ТРИТИЙ ПРИ РАСПАДЕ?

Неужели в НЕГО?!!!

(Кстати, "делать на борту" - это не обязательно иметь установки для производства трития. Делать можно и в КС - есть такие варианты.)

Вечный бан на яндексе  - это условие? :-)
"В процессе распада превращается в

[Chilik]

Были ли уже лабораторно осуществлены прожиги пеллетов с Гелием-3?

Насколько мне известно - нет и не планируется. Буду рад, если меня поправят.

Зачем поправлять? Нет и не планируется. Основная задача NIF и подобных установок - это, как пишут у себя на сайте они сами, nuclear weapons stewardship (и деньги они под флагом этой программы на строительство получили). Плюс "военная физика", точнее, проверка правильности работы компьютерных кодов на простых тестовых объектах.

Да, триста тонн трития - это тоже проблема. Но можно будет построить тысячу-другую реакторов-бридеров по миру, которые оный тритий будут выдавать только в качестве побочного продукта, ...

Стоит помнить, что период полураспада трития - примерно 12 лет. Так что, если использовать тритий - его надо делать на борту.

Тут стоит добавить, что весь мировой запас трития - пара-тройка пудов. Такие цифры не так давно были опубликованы в связи с оценками затрат на ИТЭР и перспектив термоядерной энергетики на DT с точки зрения ресурсов топлива. Быстрые реакторы не обязательны, скажем, Канада владеет основными запасами, а бридеров у неё нет.

Авторы Лонгшота отвергли ДТ, мотивируя тем, что реакция эта нейтронногенная, и радиация мол повредит аппарат. Насколько реальна такая угроза? неужели нельзя прикрыться орионоподобной стальной плитой?

Скорее, понадобится бутерброд: пара метров воды или парафина для замедления нейтронов и слой вещества с большим атомным номером для поглощения сопутствующего гамма-излучения.

Авторы Лонгшота предусмотрели хитрую электромагнитную систему, которая будет отбрасывать плазму микровзрывов назад. ...

Ещё раз повторю свою точку зрения, что для задач космического полёта любая импульсная система будет плохой и неэффективной. Это чистое IMHO, но правильное.

[Иван Моисеев]

Ещё раз повторю свою точку зрения, что для задач космического полёта любая импульсная система будет плохой и неэффективной. Это чистое IMHO, но правильное.

А в каких единицах Вы измеряете плохость и неэффективность, и сколько у Вас получилось для импульсных систем?

[Chilik]

Вот классическая схема от Форварда не раз поминавшегося здесь. "Starwisp"



Излучатель здесь -  "обычная" орбитальная солнечная электростанция, проектов которых в 80-х было у американцев немеренно (и сейчас не мало).

А я вот что подумал (навеяло новостями о польско-чешской системе ПРО). В этой схеме есть одна несообразность: зачем нужна отдельно солнечная электростанция и отдельно зеркало/линза? По идее, электростанция - это немаленький распределённый объект. Делаем её сразу нужного для передающей антенны размера и каждую панель солнечных батарей подключаем к собственному передатчику (уже относительно небольшой мощности). В сухом остатке:
- включение по типу фазированной антенной решётки -> имеем простое управление диаграммой направленности и даже можем работать с разделением мощности по нескольким потребителям;
- технология ВЧ передатчиков не безумна;
- система модульная и может постепенно наращиваться.
А?

[nakos]

Благодарю за ответы всех.
тут было сказано, что имспульсник на ДТ будет "плох и неэффективен".
Вы знаете, по сравнению с линзами Френеля "плох и неэффективен" - это верх реализма и совершенства!! Ну, накинем ещё пару столетий к сроку экспедиции - и достигнем АЦ!!

Мне кааца, если немного уменьшить ПН Лонгшота, ограничившись скромненьким набором аппаратуры, а может быть и флай-баем вместо орбитинга, то вполне можно потребное количество ДТ или Не3 сократить раза в три.

Вобщем, Лонгшот реален - не так ли?!

[Chilik]

А в каких единицах Вы измеряете плохость и неэффективность, и сколько у Вас получилось для импульсных систем?

Естественно, что, раз специально словечко IMHO вставлено, то это всё на уровне ощущений. Логика примерно такая: конструкция должна держать импульсную нагрузку, значит, её прочность должна быть на эту нагрузку рассчитана. Плюс цикличность. Даже если придумывать схемы с плитой-пушером, затягивающей передачу импульса от двигателя к кораблю, то требования на прочность корабля снижаются за счёт появления большой балластной массы пушера. Короче, моя оценка с потолка: грубо эффективность будет падать, как скважность работы двигателя. На любую другую зависимость тоже соглашусь при разумных аргументах. Но зависимость явно будет не логарифмическая, а степенная с показателем вблизи 1.

[Alex_Semenov]

Не смотря ни на что, я все же осмелюсь продолжить тему парусника. "Ниже по ручью" (с)...

Почему линза? Зачем, только из-за того, что она в классической книжке? Посмотрите на любой радар или спутниковую тарелку: облучатель повёрнут "спиной" к тому направлению, куда смотрит радар, его дело - освещать зеркало. Так же и в обсуждаемой задаче - разворачиваем микроволновку, чтобы она облучала зеркало и оказалась от зеркала примерно по направлению на звездолёт.

Я уже дал ответ выше.
Ответ завязан на чуть другой вопрос. Который вы сами задали чуть позже. Зачем линзу (или зеркало) нужно помещать так далеко от излучателя?
И давайте "будем посмотреть" постепенно.
Что есть "направленная антенна" в идеале? Это устройство, которое собирает расходящийся радиосигнал (волны) в параллельный пучок. Для света это называется прожектор.
Роль прожектора может выполнять как зеркало (сферическое или параболическое) так и прозрачная линза. Назовем это "оптическим устройством". В фокус такого оптического устройства помещается источник света и устройство собирает поток энергии во (внимание!)  параллельный луч.
 


Еще раз. Не важно что мы используем. Можно одновременно  и зеркало и линзу. У меня когда-то был такой фонарик, где лампочка находилась в фокусе параболического отражателя, а напротив лампочки защитное стекло имело маленькую линзу. По сути, современные автомобильные фары устроены так же. Сзади отражатель впереди хитрое стекло.
Самое главное. Антенна или прожектор всегда создает параллельный пучок. В идеале. Реально такое невозможно. Почему это невозможно – надо смотреть уже не линейную оптику, а волновую. Но самое главное. Антенна не собирает энергию на некотором расстоянии. Напротив, с некоторого расстояния (из своего фокуса) она транслирует энергию на бесконечность. И как следствие с удалением та все же рассеивается. Здесь можно вспомнить применяющиеся в радиотехнике лепесток, оценить от чего зависит его ширина, длинна и т.д.
Концентратор это совершенно противоположное антенне устройство. Он собирает поток, идущий (в идеале) параллельно из бесконечности  в своем фокусе (в идеале точку) на некотором расстоянии r. То есть все делает наоборот.
На рисунке ниже смотрите синий контур. Это – концентратор.



Так вот. Парусу нужен именно концентратор. Или линза или зеркало. Неважно пока что. Антенна (в виде линзы или зеркала) здесь не катит.
И тут  сразу возникает вопрос. Хорошо. Пускай будет не параллельный пучок, а сходящийся.  Какая разница? Почему нельзя сделать концентратор с двумя фокусами как на рисунке выше? Допустим, в коротком фокусе на расстоянии r (метры) находится излучатель с очень широким углом расхождения излучения. Но наше зеркало имеет такую форму, что собирает лучи на некотором расстоянии f (в своем втором фокусе на сотнях астрономических единиц.). Почему нельзя?
Кстати, так же может работать  и линза. Опять же, линза или зеркало – не суть важно. Важно другое. Зачем переть оптическое устройств черт знает куда к Юпитеру, когда излучатель у Меркурия? Почему нельзя поставить его там же где и излучатель в 100 метрах или прямо на нем?

А я вот что подумал (навеяло новостями о польско-чешской системе ПРО). В этой схеме есть одна несообразность: зачем нужна отдельно солнечная электростанция и отдельно зеркало/линза?

Вот-вот.  Я тоже мучался одно время тем же вопросом. И я рад что нашелся человек который недоумевает по этому поводу  как и я. Не я один страдаю непониманием...
На кой хрен нужно возиться с орбитами, ориентацией этого третьего элемента в системе? Никто из корифеев в умных статьях на этот вопрос не отвечает. Как будто это само собой разумеется! Поэтому нужно искать... Я вроде как нашел ответ. Обратите внимание - мой собственный. Поэтому возможно и неверный.
Я его озвучил выше. Но мало кто его услышал. Поэтому давайте поиграем в игру "Зри в корень".
И так. "Вопрос в студию!" (с).
А действительно? Зачем линзу или зеркало нужно удалять от излучателя на расстояние по крайней мере сравнимое с дистанцией разгона (скажем,. если дистанция разгона 500 а.е. то линзу (или зеркало) нужно поместить хотя бы на 5 а. е. от источника)?
Кто что думает?

[Alex_Semenov]

Есть в этом месте только ещё одна засада: раз мы взялись обеспечивать энергией/давлением микроволн потребителя, то, по закону сохранения импульса, должны получить эквивалентную силу, действующую на элементы передатчика. С учётом КПД и диаграммы направленности антенны - ещё больше. Что и как с этим делать?

Диаграмму направленности антенны – в топку вместе с антенной. Но даже концентратор будет иметь в идеале тот же импульс что и парус. Но допустим парус у нас имеет массу... эм... 10 тонн. На скорости 0.1с 30 000 000 м/с мы имеем импульс 3 * 10^11  Н*м/с.
Не мене чем столько же будет импульс полученный излучателем.
Но батенька, как вы думаете, какова масса излучателя?
Скажем 60 000 000 000 тонн – очень разумная масса. Тогда какую скорость он приобретет после выключения передатчика? Около 0,005 м/с... Да, это несколько повлияет на его орбиту вокруг Меркурия или Солнца... И инженерам станции-передатчика придется это учитывать...
 :wink:

[Alex_Semenov]

Насколько я понял прочитанное, парус будет разлетаться в труху от набегающего потока водорода. Причём толщина не имеет значения /если только мы не собираемся делать его из толстолистовой стали/. Потому и предложил такой вариант.

Пока мы установили что у нас есть ограничение по дистанции разгона. То есть мы не можем разгонять парусник со слишком маленьким ускорением. Эрозия тонких пленок набегающими частицами нам не позволит мешкать с прорывом за водородный барьер.
Тут не упоминались микрометеориты. Но с ними та же история. Разгонять парус надо быстро. Насколько – пока не знаю. Надо считать. AlexV дал все инструменты для расчета.
О сложности раскрытия запасного паруса в процессе разгона.

Почему? Центробежная сила + раскручивающиеся рулоны. А раскрутить можно заранее. Я думаю, развёртывание паруса в межзвёздном пространстве наоборот будет проще. Так как отсутствуют гравитационные и электромагнитные поля от планет, световое давление близкорасположенных звёзд. Да и пространство более "пустое".

Конечно. Но учтите вы имеете дело с километрового размера паутиной. В общем забудьте эту идею. Научиться раскрывать эту паутину – отдельная задача. И я уверен тут будут привлечены огромные вспомогательные средства. Так не раз поминавшийся Форвард собирался свой 20 граммовый парусник наносить на пластиковую пленку. Пленку разворачивать  ориентировать и стабилизировать, придавая ему вращение. Потом подавался луч микроволн. Пленка испарялась оставалась паутина. Это в теории.
До практики очень далеко. Но ясно что запасной парус таким образом не развернешь. Стапель будет в 1000 раз больше весить чем сам парус.
В общем забудьте про разворачивание в процессе полета паруса.

Кстати, я придумал название для проблемы - "водородный барьер". По аналогии со звуковым и световым. Идёт?

Хорошо. Принимается.

[Alex_Semenov]

Господа.
Скажите пожалста, почему обсуждаются только прожекты с внешним подвом энергии?

Потому что вы в это время здесь отсутствуете. Не так много людей интересуются подобными проблемами. Поэтому личные предпочтения здесь и создают направления. Лично я считаю парусники лучшим решением. У меня есть по ним масса вопросов. Нашлись люди кто может ответить. Вот и идет диспут в данном направлении.
Иван Моисеев молчит. Хотя он как раз "ракетчик" как я понял. Так что присоединяйтесь банор, незаметно присоединяйтесь!...

Вся эта нереальщина с линзами Френеля нисколечко не приближает сокровенный момент достижения звёзд столь любимыми мною беспилотными зондами.

Можете обосновать почему?

Меня очень интересует ваше мнение о проектах типа Лонгшот. Есть ли ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ошибки в Лонгшоте? Если нет фундаментальных, то есть ли практически неразрешимые технические сложности?

Отчет по "Лонгшот" лежит в сети:
http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19890007533_1989007533.pdf
Это фактически сканы машинных распечаток и ручных схем. Чувствуется эпоха...
Есть желание перевести? То есть реально поучаствовать в развитии  идеи?
Я  - никогда не возьмусь. Не очень интересно. А сообщество получило бы реальный материал для обсуждения.

[Alex_Semenov]

Теперь Тризовская задачка: где взять разгонник, который
1) не требователен к размеру
2) дальнодейственнен как микроволновик
3) Не будет наводить токи , как рельсотрон
 Пока я вижу старую идею с Авиабазы - линейка бомболазеров, которые отстреливаются лучом по пролетающему рядом с ними зонду. Мишень на зонде испаряется лазерами и вылетающие при этом из параболического углубления молекулы служат рабочим телом. То есть "внешний двигатель", но скорость истечения маловата. и рабочее тело разгонять...
Можно поиграть отношением  - мощность лазеробомб/площадь мишени, может удастся обойтись зеркальцем, но тогда длина разгона увеличивается.

Ганс. Вы зря так быстро сдаетесь. Я о рельсотроне. Кстати, парусник действительно все больше походит на выстреливаемую систему... что не делает ее проще.

Что касается удержания "подушки" перед зондом. Конечно одной статики не хватит. НО. Магнитный "парус", то есть тормоз. Петля с током эти заряженные частицы весело закрутит. Мало энергетичные - захватит, нейтральные ионизирует, высокоэнергетичные отклонит(ну некоторые).

Тут нужен еще и энтузиаст, который возьмется решать эту проблему. Кстати общую для всех видов тяги. Что ракеты что парусов что для пушек.

[nakos]

Товарищи.
Я меня сверхглупый вопрос наверно. Я знаете ли не физик.
Вот есть такая вещь как давление света. Я так понимаю, все прожекты парусников так или иначе используют этот принцип. Лазером светют на парус и он типа движется и т.п.

По законам физики элементарной, лазер должен сам двигаться назад с такой же силою, с какой дует в парус зонда. Тем не менее этого не происходит. А если бы происходило, тогда ставили бы лазер на зонд и лазером толкались бы.

Так вот. Раз лазер назад не отталкивает сам себя, то почему бы лазер просто не прицепить на некоем тросе/ферме к зонду сзади - и пусть себе дует в парус! Помните как Мюнхгаузен вытащил сам себя из болота за волосы?

Где ошибка?

[Павел73]

Товарищи.
Я меня сверхглупый вопрос наверно. Я знаете ли не физик.
Вот есть такая вещь как давление света. Я так понимаю, все прожекты парусников так или иначе используют этот принцип. Лазером светют на парус и он типа движется и т.п.

По законам физики элементарной, лазер должен сам двигаться назад с такой же силою, с какой дует в парус зонда. Тем не менее этого не происходит. А если бы происходило, тогда ставили бы лазер на зонд и лазером толкались бы.

Так вот. Раз лазер назад не отталкивает сам себя, то почему бы лазер просто не прицепить на некоем тросе/ферме к зонду сзади - и пусть себе дует в парус! Помните как Мюнхгаузен вытащил сам себя из болота за волосы?

Где ошибка?

Разверните лазер на 180 градусов - получите фотонную ракету. И никакого паруса не надо. :wink:

[Иван Моисеев]

Разверните лазер на 180 градусов - получите фотонную ракету. И никакого паруса не надо. :wink:

Все новое - хорошо забытое старое  
См.
http://path-2.narod.ru/02/02/tm1069.doc

[nakos]

Однако я не вижу ответа на вопрос свой.
Павел73 предположил, что если лазер приспособить к заду зонда, то зонд и впрямь полетит к АЦ.
НЕ ВЕРЮ!
Если так много энергии нужно, как в том файле написано что Моисеев дал - то значит столько же необходимо и для laser-pumped solar sail, так?
Если так, тогда в чём смысл обсуждений таких схем? Если без нереальщины?