Инженерные вопросы межзвездных перелетов

[SAV]

Еще есть пару тысяч лет, чтобы решить эти и другие проблемы.

[Fakir]

Вы не за энергию из розетки по счётчику платите.
Расход энергии тут вообще не параметр оптимизации - таким параметром должна быть масса.

Масса чего?

Стартовая масса корабля. Конечная масса корабля. Доля топлива в массе.
Это тоже, конечно, более чем грубо, но параметр несколько менее абстрактен, и получше позволяет оценивать степень реалистичности.

[Fakir]

Как знаете. Но из той литературы что я копаю, стоимость экспедиции к звездам считается ИМЕННО по стоимости энергии (из той самой разетки)

Ну а можно бы по цене металлолома посчитать - кто мешает? Или там пустой стеклотары. Степень достоверности та же самая.

Посчитайте "цены от розетки", чисто по энергии, для современных пусков на РН. И сравните с реальным ценами, да пусть даже себестоимостями. И на разброс тоже можно посмотреть.
С какого перепугу в ХХХ веке всё станет радикально иначе?

Вся эта литература на сегодняшний день по самой своей природе - рассуждения о числе чертей на булавочной головке. Квазинаучность, а-ля формула Дрейка. Не стоит её воспринимать слишком серьёзно. Так, гимнастика ума, в лучшем случае попытка очерчивания некоторых крайне общих и неточных границ.

А "оценка по энергии" - просто "наукообразие".

Вы полагаете что в будущем цена квт-часа "в розетке" будет МНОГО меньше чем теперь? И "детям Земли" энергию не надо экономить при МП? Мол, только массу?

Для межзвёздных зондов на сегодняшний день проблема не в дороговизне, а в технической реализуемости.

Вы о антипротонном парусе (то есть двигателе на  распаде урана)

Ы?! Какие еще антипротоны в распаде урана?!

или о катализе термоядерного синтеза антипротонами (что есть совсем другое)?

О ём, родимом.

В любом случае интересно узнать мнение настоящего специалиста (вы вроде жрец от ядерной физике, то есть не просто научены ей, "ученый",  но от нее и "жрете" .

Не, я в собственно ядре и тем более частицах не спец.
Так, в объёме курса общей физики + немного сверху.

Почему ерунда? Да еще и полная?

Да потому что этот антипротонный катализ - так скз, от бедности и бессилия-неумения.
Мол, по-человечески поджечь пока не выходит (хотя должно), так вдруг антипротонами попроще получится.

А вообще это типа как стрелять по уткам плутониевой дробью. Хорошей такой, из оружейного плутония. Утку, конечно, завалит. И даже может, чуть получше, чем свинцовая дробь - кто знает.
Но - глупо.

Антивещество - это "не только ценный мех..." - не просто наиболее концентрированная энергия из теоретически представимых на сегодняшний день (с просто грандиозным отрывом от любых других), но и штука, которая без специальных сложных методик, буквально само по себе, выдаёт пусть и не предельно представимые, но грандиозные скорости истечения.
По совокупности параметров - вещь совершенно уникальная, и перекрывающая всё известное и нынче представимое. Ну, ессно, всё в теории.
Сравниться с ним просто ничего не может - из "бортовых", конечно. У "внешних" источников энергии теоретически может и могут быть шансы переплюнуть.

[Chilik]

Звезды становятся ближе?

Ученые научились получать большое количество антивещества
http://lenta.ru/news/2008/11/18/antimatter/

Вопрос. Большие количества это сколько? Счетное количество атомов?

Грустная это статья, на самом деле. Как бы так попроще аналогию привести... Короче, как Вам утверждение типа "Советская ракета Протон имеет грузоподъёмность намного больше, чем американский шаттл Freedom-7"? К антивеществу, как уже было сказано, работа американцев никакого отношения не имеет. Собственно количество позитронов тоже никого не удивляет - у меня на работе в соседнем корпусе в накопителе месяцами по кольцу позитронный пучок с током в несколько миллиампер крутится. Стоимость одного позитрона очень большая, их много не накопишь, а сделать антивещество и совсем трудно - для этого частицы надо замедлить до хотя бы температуры в 20 000 градусов. Как потом удерживать антиводород - не знает никто.
Подоплека статьи проста. Лет 15 назад вошли в моду ультракороткие лазерные импульсы с длительностями масштаба 30-50 фемтосекунд. Их просто лазерщики научились делать в габаритах среднего шкафа, даже аббревиатура появилась - ТТТ (Table-Top Terawatt). Раз научились делать лазеры, стали ими куда-нибудь пулять. Надо же что-то делать. При плотности энергии в точке фокуса в 10^18-10^20 Вт/см2 из любого вещества летят потоки быстрых электронов и ионов. Установки не слишком дорогие, тематика стала популярной. Особого толку от этого спецы по ускорителям пока не видят, поскольку частицы рождаются с не очень хорошими свойствами: большой угловой разброс (это не страшно, лечится) и большой разброс по энергиям - от нуля до релятивистских. Им такое даром не надо. Так что герои второй части статьи, видимо, что-то действительно оптимизировали и получили результаты лучше, чем было до того. Молодцы. Кусок текста про антивещество скорее всего на совести журналистов. Или им авторы лапшу на уши вешали, иногда это тоже полезно.

[SAV]

Мне просто понравилась аналогия с романом.

Но с другой стороны. Установка ТТТ размером с шкаф. Построить заводы, состоящие из тысяч таких шкафов работающих параллельно. Если пучки будут формироваться с периодом хотя бы в одну сек и «шкафы» будут работать круглый год, то можно даже при нынешней технологии выйти где-то на число Авогадро по числу позитронов. Поэтому считаем, что позитроны уже в принципе есть.
Однако теперь дело за технологией получения антиядер в таких же количествах, чтобы сразу собирать антиатомы. А заодно нужна и разработка технологии хранения антивещества.
Таким путем, если решить еще не мало проблем, то можно было бы накапливать моли антивещества в год. И раз в 100 лет, накопив достаточное количество отправлять звездолет. А чаще может и не надо? Дорогое это удовольствие, однако.

[КотКот]

Мне просто понравилась аналогия с романом.

Но с другой стороны. Установка ТТТ размером с шкаф. Построить заводы, состоящие из тысяч таких шкафов работающих параллельно. Если пучки будут формироваться с периодом хотя бы в одну сек и «шкафы» будут работать круглый год, то можно даже при нынешней технологии выйти где-то на число Авогадро по числу позитронов. Поэтому считаем, что позитроны уже в принципе есть.
Однако теперь дело за технологией получения антиядер в таких же количествах, чтобы сразу собирать антиатомы. А заодно нужна и разработка технологии хранения антивещества.
Таким путем, если решить еще не мало проблем, то можно было бы накапливать моли антивещества в год. И раз в 100 лет, накопив достаточное количество отправлять звездолет. А чаще может и не надо? Дорогое это удовольствие, однако.

В любом случае это что-то меркурианское..... Собственно там, у Меркурия, все эти проекты и обитают.....

[pkl]

Что-то у меня такое чувство, что антивещество - это тоже, что и атомарное топливо. Может, его сначала научимся хранить?

[Иван Моисеев]

Вы не за энергию из розетки по счётчику платите.
Расход энергии тут вообще не параметр оптимизации - таким параметром должна быть масса.

Масса чего?

Стартовая масса корабля. Конечная масса корабля. Доля топлива в массе.
Это тоже, конечно, более чем грубо, но параметр несколько менее абстрактен, и получше позволяет оценивать степень реалистичности.

Я оптимизировал траектории по 7 параметрам. Почти все они так или иначе связанны с массой. Но стартовая масса в них не входит. Конечная масса - относится к исходным данным. А вот расход энергии - ключевой параметр, чем больше, тем лучше - но тоже оптимизируется по "цене". Математика там простая, но считается только численно, во всяком случае мне вывести формулу не удалось.

[Иван Моисеев]

Или им авторы лапшу на уши вешали, иногда это тоже полезно.

Очень вредно всегда. Вранье долго не живет, быстро разваливается, давя авторов и все остальное. Как раз недавно нечто подобное произошло с лунным He3.

[Chilik]

Или им авторы лапшу на уши вешали, иногда это тоже полезно.

Очень вредно всегда. Вранье долго не живет, ....

Что Вы, я совсем не о вранье. А о светлых перспективах проводимой авторами работы. Обычно правильный автор может наплести про свою работу много красивых слов. Без этого денег не дадут. И обычно неправильных слов почти не бывает - это действительно и опасно и не принято. Но и правильные слова полностью говорить автора никто не заставляет. А тут уже возможны нюансы.

[Chilik]

... Установка ТТТ размером с шкаф. Построить заводы, состоящие из тысяч таких шкафов работающих параллельно. Если пучки будут формироваться с периодом хотя бы в одну сек и «шкафы» будут работать круглый год, то можно даже при нынешней технологии выйти где-то на число Авогадро по числу позитронов. Поэтому считаем, что позитроны уже в принципе есть.
Однако теперь дело за технологией получения антиядер в таких же количествах, чтобы сразу собирать антиатомы. ...

Лазер не поможет накопить позитроны. И тем более не поможет сделать антиатомы. Практически нет никаких идей, как затормозить античастицы с релятивистских энергий до температур типа газовой горелки, когда уже можно говорить о рекомбинации и образовании антиатомов. Вот в этом проблема. А позитроны - фигня, их при нужде получить можно много. С антипротонами хуже, но тоже получают довольно много. Дальше-то как?
Да, и ещё. Стоимость античастиц - запредельная. В смысле потраченной электроэнергии. Если для получения небольшого числа частиц в научных целях ещё как-то можно это терпеть, то пресловутый грамм антивещества неподъёмен. Проще звездолёт на угле делать.
И ещё момент. Допустим, принёс Дед Мороз под ёлочку ящик антивещества. Как его уберечь от контакта с обычным веществом? Про удержание в электрических и магнитных полях не говорить ничего: это не работает в той степени, в которой требуется.

[ssb]

Кстати, а вот интересно было бы прикинуть, сколько времени протянет до разрушения из-за взаимодействия с веществом на низкой околоземной или гелиоцентрической орбите  анти-титановый шар-баллон с антиводородом  

[Fakir]

Практически нет никаких идей, как затормозить античастицы с релятивистских энергий до температур типа газовой горелки, когда уже можно говорить о рекомбинации и образовании антиатомов.

А зачем непременно тормозить? Для рекомбинации хватит и того, чтобы относительная скорость была мала - "сводить", скажем, пучко антипротонов с пучком позитронов, при одинаковых скоростях частиц.
Конечно, следующим вопросом будет - что делать с быстрыми нейтральными антиатомыми :lol: , но тем не менее

Да и что такого уж невозможного в том, чтобы притормозить пучок быстрых антипротонов? Никаких фундаментальных законов такое торможение не нарушает , так что была бы необходимость...

Стоимость античастиц - запредельная. В смысле потраченной электроэнергии. Если для получения небольшого числа частиц в научных целях ещё как-то можно это терпеть, то пресловутый грамм антивещества неподъёмен.

...при имеющихся технологиях.

А если ориентироваться чисто на то, что мы знаем и, в особенности, умеем на эту тему сегодня - ясное дело, ничего путного не получается.

Ну так и без того понятно, что прямо сейчас звездолёт не получается просто никак.

Но с использованием антивещества он не получается как-то проще и симпатичнее :lol:

И ещё момент. Допустим, принёс Дед Мороз под ёлочку ящик антивещества. Как его уберечь от контакта с обычным веществом? Про удержание в электрических и магнитных полях не говорить ничего: это не работает в той степени, в которой требуется.

Да почему же? Кто мешает полями удерживать кусок ТВЁРДОГО антивещества?
Чисто для примера - хотя это, конечно, сильно не в кассу, но как аналогия - левитирующее колечко в магнитной ловушке в Токийском университете (или в Цукубе??? не, вроде всё же в Токио). Чудненько себе болтается, как незабудка в проруби - на управляемых обратных связях.

[Иван Моисеев]

Или им авторы лапшу на уши вешали, иногда это тоже полезно.

Очень вредно всегда. Вранье долго не живет, ....

Что Вы, я совсем не о вранье. А о светлых перспективах проводимой авторами работы. Обычно правильный автор может наплести про свою работу много красивых слов. Без этого денег не дадут. И обычно неправильных слов почти не бывает - это действительно и опасно и не принято. Но и правильные слова полностью говорить автора никто не заставляет. А тут уже возможны нюансы.

Да, здесь дьявол в нюансах. Просто часто бывает, что автор прихвастнет, корреспондент, естественно, усилит - а в результате получится хохма вместо контрактов.
Раньше строже с этим было, сейчас надо в оба смотреть, чтобы лапшу на уши не повесили.
Поэтому и к западным источникам (если это не перевод наших же корреспондентов) доверия больше - там уже устоявшаяся система фильтров бреда.

[Alex_Semenov]

А "оценка по энергии" - просто "наукообразие".

"Хэ-х! Павлины, говоришь?!" (с) т. Сухов.

Fakir, вод давайте посчитаем две идеализированные ракеты на антиматерии.
Пускай сухая масса каждой mr=1 кг.
Пускай нам нужна для каждой конечная скорость v= 0.5с = 150 000 000 м/с

Первую ракету мы оптимизируем по массе. То есть так, как надо ее оптимизировать по-вашему убеждению.
Что это значит? Скорость истечения должна быть максимально возможной. Поэтому надо сжигать вещество с антивеществом в пропорции 1:1 и у такой идеальной аннигиляционной ракеты скорость истечения u ~ с.
Тогда по формуле Циолковского (пренебрежем релятивистской поправкой) масса топлива:

M=mr*[exp(v/u)-1] =1*[exp(0.5/1)-1]= 0.648721 кг.

То есть для разгона оптимизированной по массе ракеты в 1 кг нам нужно 649 грамм идеального топлива, из которого половина 324 грамма – антивещество.

А теперь оптимизируем анигиляционную ракету по минимуму затраченной на разгон энергии. Как утверждает Лэндис,  минимум энергозатрат для ракеты с постоянной скоростью истечения u, будет в том случае, если u составляет 2/3 от конечно скорости корабля v. То есть, оптимальная скорость истечения для ракеты разгоняемой до 0.5с:

 u=(2/3)*v =(2/3)*150 000 000= 100 000 000 м/с

Теперь давайте посчитаем массу топлива, то есть РЕАКТИВНОЙ МАССЫ:

M=mr*[exp(v/u)-1] =1*[exp(0.5/0.333)-1]= 3,4817 кг

То есть на 2,83 кг больше, чем у оптимальной по массе ракеты.
Да, по массе не оптимально.
Но давайте считать теперь экономию  энергии (то есть, в конечном счете, антивещества).
Опять же я воспользуюсь классической физикой. Погрешность здесь не принципиальна (~10%). Предположим, как и в первом случае, идеальный двигателе, превращает всю энергия аннигиляции  в кинетическую энергию реактивной массы. Но так как мы впрыскиваем вещества куда больше чем антивещества (что и предложил впервые Форвард) то скорость истечения получается не близкая к свету, а такая, какую мы устанавливаем отношением массы материи к антиматерии. В данном случи, если кому интересно, отношение будет ~23 раз.
Считаем энергию, которую тратим на отбрасывание реактивной массы:

E=(M*u^2)/2 = [3,4817* (10^8)^2]/2 = 2,92*10^16 Дж.

Теперь из формулы Эйнштейна E=m*c^2 найдем дефект массы (то есть массу аннигилировавшего вещества, массу материи и антиматерии которую надо превратить в энергию):

m=E/(c^2)= (2,92*10^16)/ (9*10^16) = 0,324

324 грамма от 3,5 кг - это где-то 10% от реактивной массы. Поэтому реально масса топлива окажется больше. ~ 4 кг.
Но из этих 324 грамм ГОРЮЧЕГО (энергоносителя) половина - антивещество. То есть 162 грамма. В ДВА РАЗА МЕНЬШЕ чем у первой ракеты! И как утверждает Лэндис, если мы не собираемся регулировать скорость истечения в процессе разгона, то это минимальное необходимое нам количество антивещества для такой скорости полета.

А вот теперь подумаем.
Обе ракеты имеют одинаковую пустую массу и одинаковую конечную скорость.
Но в первом случае мы имеем стартовую массу 1.648  кг (можно тонн или тысяч тонн) из которых 324 грамма (килограмм, тысяч килограмм) – антивещество.
Во втором случае мы имеем стартовую массу ~ 5 кг (тонн, тысяч тонн) из которых 162 грамма (килограмма, тысяч килограмм) – антивещество. Да начальная масса в ~ 3 раза стала больше, но из нее только 1 кг – собственно корабль, 162 грамма –антивещество, а остальной излишек - вещество дешевле дерьма – водород. Что получается? За счет добавления дополнительных 3.5 кг дерь... пардон,  водорода, мы экономим в ПОЛОВИНУ массы бесценного сверхдорогого антивещества!

Как вы думаете, по какой схеме  стоит оптимизировать аннигиляционную ракету? По массе (с двойным перерасходом  бесценного антивещества) или по энергии (утяжелив в 3-4 раза стартовую массу ракеты, дешевым водородом, но за счет этого минимизируя запас антивеществе)

[Chilik]

А зачем непременно тормозить? Для рекомбинации хватит и того, чтобы относительная скорость была мала - "сводить", скажем, пучко антипротонов с пучком позитронов, при одинаковых скоростях частиц. Конечно, следующим вопросом будет - что делать с быстрыми нейтральными антиатомыми :lol: , но тем не менее

Ага. Называется методика электронного охлаждения. Технология придумана  для протонных пучков ещё в 1970-х в Новосибирске, который и по сей день мировой монополист в этом деле.
Кстати, и с рекомбинацией в совмещённых пучках тоже не всё просто. Пока интенсивность нулевая, то всё работает. А когда люди начинают увеличивать число частиц в сгустке, то начинаются всяческие чисто плазменные неприятности (в собственной системе отчёта, естественно).

Да и что такого уж невозможного в том, чтобы притормозить пучок быстрых антипротонов? Никаких фундаментальных законов такое торможение не нарушает , так что была бы необходимость...

А как? С электронами/позитронами немного проще, там есть синхротронное излучение, да и то не так цж оно на низкорелятивистской энергии сильно. А с антипротонами и этого механизма реально нет. Дальше упираемся во время жизни антивещества по столкновениям с остаточным газом.

Кто мешает полями удерживать кусок ТВЁРДОГО антивещества?
...Чисто для примера - хотя это, конечно, сильно не в кассу...

Нечестно. Я ничего не слышал про сверхпроводимость твёрдого водорода.

[Fakir]

Кто мешает полями удерживать кусок ТВЁРДОГО антивещества?
...Чисто для примера - хотя это, конечно, сильно не в кассу...

Нечестно. Я ничего не слышал про сверхпроводимость твёрдого водорода.

А нафига сверхпроводимость-то?!
Парамагнетизм чем плох?!

Ну не нравится парамагнитный антиводородный лёд - скажет, цвет не тот - так возьмите кусок антижелеза!

[Fakir]

Alex_Semenov - Еще раз повторяю, что всё это - наукообразие
Начать с того, что вы в этом примере оптимизировали в конечном итоге именно массу - только не хреновины в целом, а именно антивещества. Но массу.

Не говоря о том, что одно дело - килограмм против пяти килограмм, и совсем другое - мильён тонн против пяти мильёнов.

Не говоря о куче фактографических ошибок в процессе
Например, что аннигиляция антиматерии даёт скорость истечения нифига не с - напрямую в кванты аннигилируют только электрон с позитроном, а протон с антипротоном (на к-е приходится 99% массы => энергии антивещества) аннигилируют сначала в пионы со скоростью порядка 0,7с - что, кстати, на самом деле хорошо, т.к. заряженные пионы всё же можно в принципе "отражать" и "направить" магнитным полем, т.е. получить не только высокую скорость разлёта, а и высокий именно УИ. С жёсткими гамма-квантами фиг так выйдет.

И эффективность "размазывания" энергии аннигиляции при избытке вещества - вызывает ну просто ОЧЕНЬ большие сомнения.

Так что по совокупности все это - наукообразие и не более того.

[Иван Моисеев]

Alex_Semenov - Еще раз повторяю, что всё это - наукообразие
...
Так что по совокупности все это - наукообразие и не более того.

Осталось только выяснить, что это за зверь такой - наукообразие?
Alex_Semenov сразу сказал, что он рассматривает идеальный случай. Верно он рассмотрел?
А если речь пойдет о физике процесса - то это совсем другой разговор.

[Fakir]

Сферовакуумные кони - чудесная порода, умные и добрые животные, неприхотливы в еде.
Но ездить на них очень несподручно