Инженерные вопросы межзвездных перелетов

[Иван Моисеев]

Про терраформированию Венеры мне приходилось читать проекты с расчетами, по Марсу - нет. И я не об одном таком проекте не слышал. А в целом - терраформирование Марса относится к разряду нереализуемых простой оценкой без рассчетов.
Появится проект - можно будет сравнивать и оценивать предметно.

Вот и  сравните
http://tung-sten.no-ip.com/Texts/Thoughts/Mars.Climate.htm
"глобальное преобразование атмосферы Марса саморазмножающимися "заводами" по производству кислорода в принципе возможно и может быть завершено за несколько сотен лет. Необходимый для этого уровень технического развития не сильно опережает сегодняшний."
(там кстати и оценки доставки ТНО до Марса есть)

Я не нашел имени автора материала, а это означает, что я никак ее не могу использовать. От просмотра по диагонали создалось впечатление, что статья сформирована из утверждений, аналогичных процитированному. То есть для решения задачи привлекаются методы, сами по себе требующие обоснований реальности.
И, повторюсь, начинать надо с общего энергетического балланса.

Вы меня снова разочаровываете, как с отключением картинок:-)
Убираете "хвостик" у ссылки и читаете:
http://tung-sten.no-ip.com/

"Права на все тексты и фотографии этого сайта принадлежат Евгению Бобуху (если не оговорено иначе). Вот здесь написано, что с этими материалами делать можно, а что нельзя. Вряд ли Вас постигнет судебная или божественная кара за нарушение этих ограничений, но, я, по крайней мере, сильно обижусь."

Это другое дело. Посмотрю статью по-внимательнее.

Вообще, обратите внимание, что в большинстве случаев имя автора статьи идет сразу после названия. Редактора знают, что делают. При нынешнем информационном изобилии первое, что интересует читателя - о чем речь (заголовок). Второе - кто написал (часто бывает, что дальше и читать не стоит).

И ко всем. Хочу обратить ваше внимание коллеги, что использование ников вместо обычного имени - контрпродуктивно. По многим основаниям. Ну, например, нельзя ознакомится с другими работами автора поста. Да и вообще, серьезный разговор (а здесь по моему мнению именно такой) предполагает серьезное отношение к собеседникам - а это означает прямое указание авторства и, соответственно, ответственность (не уоловная) за сказанное.
Я вот недавно на порядок ошибся - что поделаешь, теперь коллеги будут внимательне относится к моим рассчетам, что уже хорошо.

[gans3]

Уж как-то ну очень безаппеляционно. Разве что оригинально. Ни разу еще не встречал человека, который бы считал терраформирование Венеры более легким делом, чем терраформирование Марса.

Я тоже не встречал, но читать их работы приходилось.
А из самых общих соображение - отрезать что-либо (избыток газов, тепло) - много проще, чем пришить (привезти атмосферу и добыть энергию).

Из тех же самых общих соображений - с Венеры надо убрать в сотни раз больше газов и на порядки большие энергии нейтрализовать и утилизировать, чем на Марс привезти. Опять же на Марсе ВОДА УЖЕ ЕСТЬ И МНОГО. А на Венере ее еще надо выделить.
И вообще - на южном полюсе Венеры сидит Бог-машина Серебрякова, которая уничтожила древнюю цивилизацию и жизнь на Венере. Сначала с ней справьтесь
http://www.inauka.ru/news/article81577.html
"На новых фотографиях ядро вихря выглядит как очень яркое пятно, что, возможно, обуславливается активным перемещением больших объемов атмосферного газа"
"Еще одно предсказание русского фантаста сбывается!"
ПС- а не кажется ли уважаемым межзвездным инженерам, что последние 10 страниц льется оффтоп?
:-)

[Chilik]

При температуре более 5000-10000 гр. рабочее тело будет находится в состоянии плазмы. Очень плотной.
Плазму можно доускорить, направив в ускоритель прямого действия до, порядка, 10-100 Мэв.
(Понятно, что попав в ускоряющий промежуток, из плазмы будут выметены электроны и отрицательные ионы, при соответствующей полярности на электродах).

Нельзя её доускорить в ускорителе прямого действия. В принципе. Плазма - это хороший проводник. Представьте, что в этот ускоритель засунули просто железяку. И что? Ещё попробуйте посмотреть про "дебаевский радиус" и "квазинейтральность", все плазменные двигатели обязаны выдавать нейтрализованный поток.
Существуют плазменные пушки, дающие направленную энергию движения плазмы масштаба 1 кэВ (т.е. скорость истечения струи масштаба 300 км/с), но они импульсные и там традиционная для всех нехимических схем проблема: откуда брать энергию? А если есть источник энергии, ускоряющий ионы в среднем до 1 кэВ, то нафига вся ракетно-химическая часть системы, ведь там энергетика от химии всего ~1% от этого плазменного ускорения.

[Chilik]

По третьему непонятно, что считать средней температурой. По моим представлениям выхлоп состоит из нескольких фракций с разной характерной температурой.

Это так. Поэтому, чтобы долго не мудрить, пользуемся условной интегральной характеристикой
полная_тяга/полный_расход_массы
При таком подходе, кстати, крайне плохо смотрятся схемы с Q ~ 1, о которых чуть выше по ветке говорил Fakir. Потому что основная мощность реакции (читай: расход рабочего тела) пойдёт на самоподдержание реактора в рабочем состоянии. Т.е. опять уменьшение УИ.

[Иван Моисеев]

По третьему непонятно, что считать средней температурой. По моим представлениям выхлоп состоит из нескольких фракций с разной характерной температурой.

Это так. Поэтому, чтобы долго не мудрить, пользуемся условной интегральной характеристикой
полная_тяга/полный_расход_массы

То есть удельным импульсом? Это хоть и не очень оригинальный, зато исключительно верный подход.
Проблема, правда, заключается в том, что собственно этот удельный импульс и надо оценить.

[Diy]

1. Ну берем скорость истечения 10 млн м/с * массу мишени 150*10-9 кг * частоту испускания мишеней 250 Гц = 375 кгт. ЯРД ничем лучшим похвастать не могут. А если увеличить мощность лазера, да почаще пускать мишени ...  :roll:
2. Так почему вы считаете, что подножный корм - это лучше для освоения СС?
3. Ну АМС не излазили весь Марс в поисках промышленных руд, так что делать заявления о скудости Марса рано.

1. В статье, на которую я давал ссылку выше, тяга для экспериментального ГФЯРД - 17 тс, при весе установки 55 т.
Для ЛТРД тяга 0,375 тс при массе - меньше чем за 10000 т, я, например, не возмусь проектировать. Соответственно разгоняться такая система будет очень медленно. Зато, если взять достаточно времени - она сможет обеспечить реализацию МП.
2. Не лучше, а единственно возможно. Если за каждую тонну вне Земли надо тратить сто тонн - экономика не выдержит регулярных полетов. Луна в таком случае - потолок.
3. Никакая руда (золотая, урановая, брильянтовая) не окупит транспортировки даже на траcсе Луна-Земля.

1. Прошу прощения - ступил. Надо результат в ньютонах было поделить еще на 10, итого 37,5 кгт  :lol:
 . Но эта цифра не должна никого смущать  
  , поскольку увеличить тягу ТЯРД на 2 порядка и достичь парметров ЯРД легко - повысив мощность лазера, массу мишени и частоту отстрела оных. Так 10000 т веса корабля - это нужно для межзвездных полетов, а для СС можно обойтись куда меньшей массой.
2. А как вы видите применение подножного корма в СС (вы намекаете на прямоточники?)?
3. А кто сказал, что Марс нужен только для добычи руды? Он ,по-моему, нужен прежде всего ради колонизации по причинам, описанном в тезисах МП на вашем же сайте.

[Diy]

По каким критериям хуже? Если смотреть систему в целом - сложности работы с бором могут быть перекрыты общим выигрышем. Опять же по аналогии - с криогенными топливами работать весьма сложно, но они широко используются.

Ну покажите же хоть какое-нибудь преимущество бора!
За исключением доступности топлива (которое, кстати, тоже относительно - не любой изотоп бора пригоден).

Непонятно, откуда такое падение мощности. И какой именно мощности?

Мощности в синтезе, вестимо.

Совсем грубая оценка, даже просто по фотографиям экспериментальных установок, сразу же закрывает вариант использования магнитного удержания для ракет.

С точностью до наоборот
Смотрим на JET (еще лучше - на что-нибудь типа MFTF), потом переводим глаза на NIF... грустим.

Стекло выбрасывается сразу, по тем же основаниям, что и магнитное удержание. Что касается ресурса - пока речь идет об экспериментальных установках, о нем просто не задумываются. В целом, ресурс - задача второго порядка по сравнению с задачей собственно поджига. И в любом случае проблема ресурса не относится к числу принципиально нерешаемых.

А вот это - бог его знает.

Так JET явно больше, чем NIF. Главное в NIF'е - сам реактор, а он намного меньше токамака, он весит "всего" 130т.

[Diy]

Вопрос уважаемым строителям термоядерных звездолётов.
В этой ветке неоднократно писали, что УИ т/я двигателя слишком мал.

Что-то не припоминаю. В любом случае УИ т/я двигателя максимален из реальных ракетных вариантов. Больше только у аннигиляционных.

Вопрос, собственно, относится к тому, как именно считается этот УИ. Простых вариантов три:
1. Тупо берём энерговыделение в одном акте реакции и считаем, что именно эти первичные частицы и улетели.
2. Не менее тупо берём температуру плазмы, соответствующую максимальной скорости реакции сигма-вэ и считаем УИ по средней тепловой скорости частиц.
3. Считаем УИ по средней температуре того, что уходит из зоны горения (скажем, в инерциальном синтезе в горении участвует только небольшая доля массы мишени, в которой есть и совсем "негорючие" материалы типа какого-нибудь золота в слое-пушере).
Так как?

Разные авторы считают по разному, исходя из своих задач. Я встречал варианты, близкие к первым двум. По третьему непонятно, что считать средней температурой. По моим представлениям выхлоп состоит из нескольких фракций с разной характерной температурой.

Ну давайте посчитаем:

Типа берем закон сохранения импульса:
4*a*vHe = a * vp, где a - а.е.м., vHe - масса ядра гелия, а vp - протона.
И к нему
2E = 4*a*vHe*vHe + a * vp * vp, где E - энергия реакции синтеза He3-D = 18,3 Мэв.
Из этой системы уравнений получаем
vHe = sqrt (E/(10*a)) = 13281 км/с,
что и есть нужный нам удельный импульс, точнее скорость истечения продуктов реакции синтеза.

[Юрий Н]

Уж как-то ну очень безаппеляционно. Разве что оригинально. Ни разу еще не встречал человека, который бы считал терраформирование Венеры более легким делом, чем терраформирование Марса.

Я тоже не встречал, но читать их работы приходилось.
А из самых общих соображение - отрезать что-либо (избыток газов, тепло) - много проще, чем пришить (привезти атмосферу и добыть энергию).

Из тех же самых общих соображений - с Венеры надо убрать в сотни раз больше газов и на порядки большие энергии нейтрализовать и утилизировать, чем на Марс привезти. Опять же на Марсе ВОДА УЖЕ ЕСТЬ И МНОГО. А на Венере ее еще надо выделить.
ПС- а не кажется ли уважаемым межзвездным инженерам, что последние 10 страниц льется оффтоп?
:-)

Да, с офф-топом мы увлеклись. Приношу извинения - это с моей реакции на предложение из поста ИМ все началось.
По вопросу могу лишь добавить к словам gans3, что за освоение Марса мы можем взяться хоть "сейчас" - строя станции, создавая условия для персонала, начиная выработку воды, газов и т.д. А вот отезать первый кусочек у Венеры удастся очень не скоро.
На этом офф-топ заканчиваю.

[Diy]

При температуре более 5000-10000 гр. рабочее тело будет находится в состоянии плазмы. Очень плотной.
Плазму можно доускорить, направив в ускоритель прямого действия до, порядка, 10-100 Мэв.
(Понятно, что попав в ускоряющий промежуток, из плазмы будут выметены электроны и отрицательные ионы, при соответствующей полярности на электродах).

Нельзя её доускорить в ускорителе прямого действия. В принципе. Плазма - это хороший проводник. Представьте, что в этот ускоритель засунули просто железяку. И что? Ещё попробуйте посмотреть про "дебаевский радиус" и "квазинейтральность", все плазменные двигатели обязаны выдавать нейтрализованный поток.
Существуют плазменные пушки, дающие направленную энергию движения плазмы масштаба 1 кэВ (т.е. скорость истечения струи масштаба 300 км/с), но они импульсные и там традиционная для всех нехимических схем проблема: откуда брать энергию? А если есть источник энергии, ускоряющий ионы в среднем до 1 кэВ, то нафига вся ракетно-химическая часть системы, ведь там энергетика от химии всего ~1% от этого плазменного ускорения.

А если заюзать МГД-эффект?

[gans3]

Ну давайте посчитаем:

Типа берем закон сохранения импульса:
4*a*vHe = a * vp, где a - а.е.м., vHe - масса ядра гелия, а vp - протона.
И к нему
2E = 4*a*vHe*vHe + a * vp * vp, где E - энергия реакции синтеза He3-D = 18,3 Мэв.
Из этой системы уравнений получаем
vHe = sqrt (E/(10*a)) = 13281 км/с,
что и есть нужный нам удельный импульс, точнее скорость истечения продуктов реакции синтеза.

Чукча не читатель, он писатель и считатель.
"3. Считаем УИ по средней температуре того, что уходит из зоны горения (скажем, в инерциальном синтезе в горении участвует только небольшая доля массы мишени, в которой есть и совсем "негорючие" материалы типа какого-нибудь золота в слое-пушере). "

Когда у Вас в активной зоне будет реагировать ВСЕ атомы- "тогда будет коммунизм" (с).
Поищите процент прореагировавшего топлива. А так - сфрическая повозка получается.

[Chilik]

А если заюзать МГД-эффект?

Эээээ... Вы предлагаете затратить энергию, получить направленный плазменный поток, потом загнать его в поперечное магнитное поле, и за счёт эффекта Холла перевести кинетическую энергию направленного движения частиц в электрический ток? А зачем?

[Diy]

А если заюзать МГД-эффект?

Эээээ... Вы предлагаете затратить энергию, получить направленный плазменный поток, потом загнать его в поперечное магнитное поле, и за счёт эффекта Холла перевести кинетическую энергию направленного движения частиц в электрический ток? А зачем?

Так я предлагаю использовать МГД-эффект наоборот, т.е. приложить к МГД-электродам напряжение в поперечном магнитном поле. Это, знаете, как в электромоторе: крути вал - получишь электричество, пускай электричество в обмотки - получишь крутящийся вал.

[Иван Моисеев]

1. Прошу прощения - ступил. Надо результат в ньютонах было поделить еще на 10, итого 37,5 кгт  :lol:
 . Но эта цифра не должна никого смущать  
  , поскольку увеличить тягу ТЯРД на 2 порядка и достичь парметров ЯРД легко - повысив мощность лазера, массу мишени и частоту отстрела оных. Так 10000 т веса корабля - это нужно для межзвездных полетов, а для СС можно обойтись куда меньшей массой.

Нет разницы, для СС или для МП. ЛТЯРД имеет некую минимально возможную массу и она достаточно велика.

2. А как вы видите применение подножного корма в СС (вы намекаете на прямоточники?)?

Нет, конечно. Имеется в виду - лететь на Луну/астероиды только с топливом (рабочим телом) для полета "туда", а обратно лететь уже на рабочем теле собранном на Луне/астероиде. А при расширении операций создавать накопительные заправочные базы.

3. А кто сказал, что Марс нужен только для добычи руды? Он ,по-моему, нужен прежде всего ради колонизации по причинам, описанном в тезисах МП на вашем же сайте.

Колонизация и терраформирование это разные вещи. Например, можно колонизировать астероиды (понастроив там заводов для производства ракетной техники), но их нельзя терраформировать.

[Diy]

Нет разницы, для СС или для МП. ЛТЯРД имеет некую минимально возможную массу и она достаточно велика.

А как вы рассчитали такую минимальную массу (или какие источники использовали)?

Нет, конечно. Имеется в виду - лететь на Луну/астероиды только с топливом (рабочим телом) для полета "туда", а обратно лететь уже на рабочем теле собранном на Луне/астероиде. А при расширении операций создавать накопительные заправочные базы.

Так проблемы с подножным кормом у ЛТЯРД возникнут только на внутренних планетах СС, а для освоения внешних - корм есть. На внутренних планетах я тоже - за ЯРД.

Колонизация и терраформирование это разные вещи. Например, можно колонизировать астероиды (понастроив там заводов для производства ракетной техники), но их нельзя терраформировать.

Так вы же утверждали, что Марс - вообще не нужен и нечего там делать, а теперь говорите, что для колонизации все-таки  нужен?

[Иван Моисеев]

Нет разницы, для СС или для МП. ЛТЯРД имеет некую минимально возможную массу и она достаточно велика.

А как вы рассчитали такую минимальную массу (или какие источники использовали)?

Из источников - наиболее подробно разработан вариант Хайда, Вуда и Наккольса (выше я писал о нем) - это если ДУ в комплексе. По-видимому, это классика жанра.  У них М ДУ - 500 т. Но меня он не устроил своим запредельным оптимизмом и уровнем детализации и я начал считать сам. И чем глубже забирался в детали, тем тяжелее становилась ДУ. Вообще-то некоторые материалы тогдашнего проекта (имевшего клички Десант и Десант-2) я собираюсь отцифровать и выложить на сайте - актуальности они пока не потеряли.
Однако из-за неопределенности ряда исходных параметров приходилось рассчитывать в диапазонах предполагаемых характеристик (А тогда не было не только компов, но и просто калькуляторов.  Большие машины, к которым я имел доступ, получив задание, делали вид, что сломались и только минут через десять выдавали первую строчку из тысяч требуемых...).
То есть дело отцифрования и выкладывания тех материалов вступает в сильное противоречие с желанием досчитать сейчас то, что я тогда не досчитал.

Колонизация и терраформирование это разные вещи. Например, можно колонизировать астероиды (понастроив там заводов для производства ракетной техники), но их нельзя терраформировать.

Так вы же утверждали, что Марс - вообще не нужен и нечего там делать, а теперь говорите, что для колонизации все-таки  нужен?

Нет не так. Что бы использовать что-то с Марса надо погасить приличную скорость и потом снова набрать ее. Таким образом он  заведомо проигрывает Луне, которая близко и астероидам, для которых затраты на взлет-посадку минимальны.

[Diy]

Из источников - наиболее подробно разработан вариант Хайда, Вуда и Наккольса (выше я писал о нем) - это если ДУ в комплексе. По-видимому, это классика жанра.  У них М ДУ - 500 т. Но меня он не устроил своим запредельным оптимизмом и уровнем детализации и я начал считать сам. И чем глубже забирался в детали, тем тяжелее становилась ДУ. Вообще-то некоторые материалы тогдашнего проекта (имевшего клички Десант и Десант-2) я собираюсь отцифровать и выложить на сайте - актуальности они пока не потеряли.
Однако из-за неопределенности ряда исходных параметров приходилось рассчитывать в диапазонах предполагаемых характеристик (А тогда не было не только компов, но и просто калькуляторов.  Большие машины, к которым я имел доступ, получив задание, делали вид, что сломались и только минут через десять выдавали первую строчку из тысяч требуемых...).
То есть дело отцифрования и выкладывания тех материалов вступает в сильное противоречие с желанием досчитать сейчас то, что я тогда не досчитал.

Ну допустим ДУ весит 1000 т, а на что пойдут остальные 9000 т? Я как-то в детстве читал книжку о Марсе, так там максимальная масса МЭК оценивалась в 1500 т, а зачем кораблю с ЛТЯРД нужно 9000 т (летящему на Марс например)?!  

Нет не так. Что бы использовать что-то с Марса надо погасить приличную скорость и потом снова набрать ее. Таким образом он  заведомо проигрывает Луне, которая близко и астероидам, для которых затраты на взлет-посадку минимальны.

Ну освоение Марса не протвиоречит освоению Луны, даже более того - я считаю, что с Луны и надо начинать (как покойный В.П. Глушко и хотел  :cry:  ). А в поясе астероидов база будет постоянно получать от пролетающих мимо других астероидов    .  В плане добычи ресурсов Землей безусловно лучше подходят спутники планет с низкой гравитацией, но вот для колонизации (и использования ресурсов планеты самими колонизаторами) лучше подходят внутренние планеты СС (или большие спутники планет-гигантов), где есть приличная гравитация и атмосфера, привычная людям (с большим давлением).

[Иван]

При температуре более 5000-10000 гр. рабочее тело будет находится в состоянии плазмы. Очень плотной.
Плазму можно доускорить, направив в ускоритель прямого действия до, порядка, 10-100 Мэв.
(Понятно, что попав в ускоряющий промежуток, из плазмы будут выметены электроны и отрицательные ионы, при соответствующей полярности на электродах).

Нельзя её доускорить в ускорителе прямого действия. В принципе. Плазма - это хороший проводник. Представьте, что в этот ускоритель засунули просто железяку. И что? Ещё попробуйте посмотреть про "дебаевский радиус" и "квазинейтральность", все плазменные двигатели обязаны выдавать нейтрализованный поток.
Существуют плазменные пушки, дающие направленную энергию движения плазмы масштаба 1 кэВ (т.е. скорость истечения струи масштаба 300 км/с), но они импульсные и там традиционная для всех нехимических схем проблема: откуда брать энергию? А если есть источник энергии, ускоряющий ионы в среднем до 1 кэВ, то нафига вся ракетно-химическая часть системы, ведь там энергетика от химии всего ~1% от этого плазменного ускорения.

Относительно "железяки" аналогия понятная, но далекая.
И основная разница в том, что по подвижности составляющих частиц плазма гораздо ближе к газу чем к тв. телу.
Вероятно Вы не обратили внимание по фразу в скобках:

(Понятно, что попав в ускоряющий промежуток, из плазмы будут выметены электроны и отрицательные ионы, при соответствующей полярности на электродах).
В отличие от случая с "железякой" из которой в лучшем случае начнется эмиссия электронов.

Не совсем понял, к чему Вы призываете рассматривать "дебаевский радиус"?

Нейтральность можно обеспечить электронной пушкой с соответствующим током.

Что-то близкое  к 1 Кэву может обеспечить и ГФЯДУ. Но мы все-таки собрались к звездам!
Поэтому разогнать поток заряженных частиц, отобранных из плазмы генерируемой ГФЯДУ до  10-100 Мэв - это существенное увеличение импульса.

Энергетику должен обеспечить ядерный (или термоядерный) реатор тераватной мощности.

[Иван Моисеев]

Ну допустим ДУ весит 1000 т, а на что пойдут остальные 9000 т? Я как-то в детстве читал книжку о Марсе, так там максимальная масса МЭК оценивалась в 1500 т, а зачем кораблю с ЛТЯРД нужно 9000 т (летящему на Марс например)?!  

ЛТЯРД имеет минимально возможную массу. Она считается начиная с требуемого импульса на мишени. От этого импульса зависят масса лазера, зеркал, радиаторов и т.д. Вторая линия - расход массы. Зависит от частоты подачи мишений, а она в свою очередь от скорости подачи мишений. Третья -  собственно камера сгорания. Сильно зависит от характера реакции.
То есть, даже в минимальном варианте - получается довольно крупная конструкция, требуюшая, соответственно, крупных задач.  

Ну освоение Марса не протвиоречит освоению Луны, даже более того - я считаю, что с Луны и надо начинать (как покойный В.П. Глушко и хотел  :cry:  ). А в поясе астероидов база будет постоянно получать от пролетающих мимо других астероидов    .  В плане добычи ресурсов Землей безусловно лучше подходят спутники планет с низкой гравитацией, но вот для колонизации (и использования ресурсов планеты самими колонизаторами) лучше подходят внутренние планеты СС (или большие спутники планет-гигантов), где есть приличная гравитация и атмосфера, привычная людям (с большим давлением).

Конечно, освоение Марса не противоречит освоению Луны. Оно просто не состоится.  Зачем тратить массу вчетверо большую, чтобы получить требуемые ресурсы с Марса, а не с Луны.
Это только по энергетике. А еще и время.

Собственно нанешний ажиотаж вокруг Марса сгенерирован узилиям двух моих знакомых, которые не хотят внять моим призывам взять в руки логарифмическую линейку. Собственно Роскосмос ответил на этот марс-бросок простым обещанием подумать над пилотируемым полетом после 2035 г. И результат его размышлений после 2035 года легко предсказать.

[Дмитрий Виницкий]

Это какие ресурсы собрались получать с Луны? Филосовский камень? Или, этот, как его... гелий-3? Щааз, полетели. Человек никогда ничего не будет возить на Землю из Космома, кроме зниний. А за ними и на Плутон не грех слетать.