Инженерные вопросы межзвездных перелетов

[КотКот]

Кстати, А.Семенов , ваш суперкорабль долетит до Альфы Центавра лет за 30. Тогда его и хватит.....

[Иван Моисеев]

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

Если говорить наукообразно, то пока нет ясности с идеальным случаем - нет смысла углубляться в детали. Или Семенов внес достаточную ясность и пора переходить к пионам?

[Alex_Semenov]

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

Fakir, я дико извиняюсь, но  по-моему (извените если не прав) вы чуть-чуть... ну не сильно... но чуть-чуть... троллите...
)
Ну типа развлекаетесь...
Совершенно... безобидно...
Нет?

Да, модель крайне грубая. Но я привел ее вам просто для того чтобы показать почему максимальный УИ не есть идея фикс. Почему минимальная стартовая масса (важная у земных ракето-носителей) - вообще для нас - боком.
Это межзвездный корабль и здесь свои приоритеты!
Если мы начнем учитывать нюансы, о которых вы говорите, то ваша оптимальная по МАССЕ ракета вообще улетает к едрене фене в корзину.
Потому что удельная мощность у "разбавленной"  ракеты на антиматерии куда меньше чем у чистой. А значит тяга лучше (как бы хреново не происходила передача энергии  анигиляции к холодной ракетной массе. Кстати, плохо будет передаваться – добавим водорода. Гомна не жалко. То есть решим проблему эффективности двигателя раздуванием опять же стартовой массы  над которой вы дрожали!). У "разбавленной" ракеты помимо минуств есть и плюсы перед чистой анигиляционной, например меньше тепловая (радиационная) нагрузка на конструкцию при той же тяге (квадратично ниже!)
Да, обе схемы имеют технических трудности. Но почти все они всплываю для обеих типов ракет. И я уверен вы на глаз не скажете какая из концепций покажет себя хуже, какая лучше при детальной проработке. Поэтому я посчитал честным проблемы реальной реализации для обеих схем примерно принять одинаковыми.
Речь не об этом ведь была!
Ваше замечание, что я все равно оптимизирую массу (антивешества) считаю попыткой ухода в сторону. Вы однозначно сказали: надо оптимизировать СТАРТОВУЮ МАССУ. Не просто какую-то там массу а именно стартовую. Я показал, что оптимизация по стартовой массе при равных идиализациях не  РАЗУМНА.
Вот и все.
Наукообразие? Не думаю. Наукообразие это когда человек не отдает себе отчета в границах применяемых им моделей. Безоговорочно им доверяет. Я же прекрасно понимаю условность всех сделанных допущений.
По большому счету (коль пошла такая пьянка) я  вообще считаю ракету на антиматерии - утопией. Ни оптимизация по массе ее не спасет, ни по энергии.  Да, идея красивая, но утонет именно в "мелких" деталях и непреодолимых инженерных проблемах.
Уж слишком велика и необуздана энергии аннигиляции. И даже заряженность львиной доли продуктов реакции (я это прекрасно знаю) здесь мало что улучшает.
Но я  использовал анигиляционную ракету как яркий пример в нашем споре. Вы же, как мне кажется, попытались скрыться в деталях столкнувшись с четкостью и наглядной простотой моей аргументации.
Я не понимаю, почему?
Ладно, давайте оставим аннигиляцию в покое.
Мы можем для примера рассчитывать ионный зонд, который бы получал энергию по лучу. На подобии того, что исследовал Лэндис. Так вот, в его конструкции масса топлива (то есть стартовая масса ) - ПОСЛЕДНИЙ параметр - однозначно.
Там, кстати, бОльшая масса мертвого топлива может служить, скажем, щитом при прохождении водородного барьера или при столкновении с микрометеоритами. Кроме того, она может быть частью силовой конструкции (ведь в качестве реактивной массы в ионном двигателе можно использовать металл).
Поэтому в случае развития ЭТОЙ концепции главная идея - что бы масса пустого ионника в целом не превышала в v/(0.57*с) раз массы такого же  по массе  ПН  и размерам светового парусника. Почему? Все из тех же ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ соображений. При бОльшей массе энергетически такой зонд становится  менее выгоден чем парусник. Тогда уж лучше более простой и расточительный  парус-отражатель. Пусть его эффективность ниже, но он будет легче и общее количество энергии будет все равно меньше.
То есть другой расчет. Но идея – та же.
Конечно энергия не идея фикст . Но в первую очередь надо стараться сэкономить энергию. Уж слишком много ее надо при межзвездном запуске.
Конечно, я и здесь опускаю массу деталей. Но любые детальные проработки начинаются с оценочных прикидок. Грубых моделей. Которые позволяют расставит приоритеты, провести границы, очертить круг решений.
Я понимаю вашу мысль.
"Не до жиру быть бы живым" Найти бы хоть какую-нибудь  более-менее  приемлемую технологию полета которая при детальной проработке не сдохнет на корню.
Но и я  о том же.
Жесктко и безаппеляционно привязываться к минимальной стартовой массе – последнее дело. Надо будет – откажемся от энергетической оптимальности в борьбе за жизнь, реализуемость самой идеи.
Но вопрос в чем?
Еще в 1968 Дайсон показал что в общем то со скоростью в 0.01с на атомных бомбах мы летать туда сможем. Фактически это было и остается отправной точкой.
И все-таки хотелось бы видеть весь горизонт, пространство всех  возможных решений. И в таком поиске привязанность к какой-то одной идее фикс вряд ли возможна.

[Chilik]

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

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

Маловато будет (C) В смысле буковок и констант в формулах. Кстати, если бы было написано слово "диамагнетик" (типа плазмы) - то я бы ещё задумался о конфигурации с min B. А с парамагнетиком шансов нет - поле на проводнике всегда выше, чем в свободном пространстве. Притянется и кааак ! Ровно то же и с постоянными магнитами.  :?

P.S. Смайлик после куска антижелеза вижу, поэтому даже не буду спрашивать, откуда берутся обычные атомы обычного железа.  

[Alex_Semenov]

Кстати.
Коль речь зашла об антивеществе а особенно об антижелезе со смайликом в конце...
У меня есть глубока сомнение, что материю с антиматерией можно будет эффективно соединить.
Частицы - понятно. Притягиваются (гигантское сечение захвата) и соединяются.
Но никто никогда не соединял МАКРО-куски материи и антиматерии.
Но макро-объекты ведут себя не так как нано-объекры.
Я вот о чем.
Если кусок антивещества с веществом столкнуть, то мгновенно выделится гигантская энергия, которая в состоянии расплавить и испарить оба куска задолго до того как все частицы прореагируют.
Эта проблема должна быть сродни проблемы в атомной бомбе.
Там два куска урана надо соединять очень быстро.
Но в бомбе "Малыш" пушечной схемы, кажется прореагировало только 1 или 2% урана выстреливаемых друг другу на встречу со скоростью артиллерийского снаряда. Остальное - не успело.
В случае плутония дело еще хуже.
Утверждают, что плутониевые половинки должны сближаться на скорости не менее 15 км/с что бы получить приемлемой мощности взрыв.
КОНЕЧНО!
Ядерная реакция отличается от аннигиляции цепным (то есть экспоненциальным) ростом числа прореагировавшего вещества. Поэтому столь резкое выделение энергии.
При аннигиляции энергия будет выделяться равномерно, по мере перемешивания вещества с антивеществом, то есть относительно медленней.
Но во-первых ее выделяется в 1000 раз больше.
Во-вторых, представьте. Две полусферы. Одна материя- другая антиматерия. Вы их соединяете... Где выделяется первоначальная энергия?
В месте соединения. То есть, обе половины если не испаряться то разлетаться в разные стороны друг от друга и удержать их до окончательного сгорания компонентов никому не удастся.
Согласны?
Конечно же никто не станет аннигилировать твердую материю с твердой антиматерией. Скорей всего компоненты  будут подаваться  в виде газа.
Но это только усугубляет проблему.
Газ менее плотен чем твердое тело или жидкость, а значит потребуется больше времени для того что бы частицы и античастицы нашли друг друга.
Думаю долей процента  газа и антигаза достаточно чтобы выделить столько энергии, что остальные продукты испарились  и разлетелись  во все стороны толком не прореагировав друг с другом.

[pkl]

... И в таком поиске привязанность к какой-то одной идее фикс вряд ли возможна.

Скажем так: контрпродуктивна.

[pkl]

...У меня есть глубока сомнение, что материю с антиматерией можно будет эффективно соединить...

Угу, я как то в одной очень-очень старой книжке читал про гипотезу астрономов, согласно которой примерно половина всех звёзд в Галактике состоит из антивещества! Тогда почему наша Галактика не аннигилирует? А очень просто - при контакте вещества с антивеществом выделившаяся энергия разбрасывает "ошмётки" во все стороны. При этом материя и антиматерия взаимно отталкиваются.

Значит, аннигиляционный двигатель - это двигатель малой тяги, а здоровые фотонные звездолёты, вероятно, так и останутся на страницах н/ф романов.

[fireland]

...У меня есть глубока сомнение, что материю с антиматерией можно будет эффективно соединить...

Ну почему же. Можно сделать СЛОЙКУ. Чередовать слои вещества и антивещества, тогда если слойка сделана по прямой линии то не прореагируют только два крайних слоя, остальные же слои будут сдавлены равнодействующей силой и КПД резко возрастёт. Но и проблему крайних слоёв можно решить замкнув слойку по кругу саму на себя в виде бублика или тора (по научному). Берём такой бублик и сообщаем ему сдавливающий импульс снаружи к центру, слои соприкасаются друг с другом и начинается реакция с высоким КПД.
Подобные ухищрения используются в ядерных и термоядерных бомбах. И как видите таким способом смогли создать компактные заряды мощностью до 100 Мегатонн.

[Снусмумрик]

Слушайте, "знатоки", вы откуда вылезли? Между "слойкой", антивеществом и царь-бомбой нет ничего общего.

[Alex_Semenov]

Слойка, царь-бомба (схема Тейлора) это не суть важно.
С антивеществом все эти фокусы не проходят.
Антивещество в лучшем случаее  будет в виде микроснежинок антиводородного снега.
В двигатель антиматерия пойдет (если пойдет) как очень разряженый газообразный водород или в лучшем случае снежинка. Вот от этого и надо плясать.
Удерживтаь, сжимать подобный газ можно будет только полями.
Но в камере сгорания (движетеле) все это становится очень проблематично.
Ну разве что действительно снежинку антиводорода со всех сторон обжимать  пртонными лучами? Их суммарная масса как я сказал ~ 20 раз больше чем у антиматерии.
В 2003 Фрисби очень оптимистично уверял что за ~10 лет можно развить технологию ракеты на антиматерии до рабочего варианта. Мол мы этого не умеем потому что не занимаемся а не по тому что не можем.
Но последние его разговоры (здесь была ссылка на статью) 2008-го года куда менее оптимистичны.

[Андрей Суворов]

Вообще-то, разбавить антиматерию материей было бы даже выгодно. Т.е. пусть материя поглощает жёсткое гамма-излучение, и излучает в мягком рентгене, который более-менее удаётся отражать и фокусировать. Т.е. это будет "как бы улучшенный" термоядерный движок, который, в основном, должен будет выдавать приемлемое для создания тяги рентгеновское излучение без расхода массы, или протонный луч с температурой протонов в десятки кэВ с расходом массы, но с гораздо большей тягой - такой как бы форсаж.

Всё это не рассчитывалось всерьёз, т.к. антиматерии для межзвёздного перелёта нужны в лучшем случае тысячи тонн, а это за пределами возможности Солнечной системы.

Даже если мы ужмёмся до одной тонны антиматерии (и, скажем, 10 000 тонн обычного водорода, вместо дейтерия и гелия-3 при большем УИ), всё равно это количество запредельное. КПД запасения энергии в таком аккумуляторе, как антиводородный лёд, составляет что-то типа 10^-10. Т.е. только соответствующая доля энергии переходит в массу антивещества. Я, конечно, мог и на пять порядков ошибиться, но даже при 10^-5 у нас на 1 гигаджоуль будет только 10 килоджоулей в виде антиматерии - а ведь нам надо разогнать межзвёздный зонд, которому придать энергию в 10^15 Дж на килограмм массы зонда, так?

[Снусмумрик]

Bussard Scramjet рулит навсегда, в общем.

[Иван Моисеев]

Bussard Scramjet рулит навсегда, в общем.

Мы в пузыре оказались. Кто-то хочет нас изолировать.
А про технологии - здорово отмечено.

[Alex_Semenov]

Bussard Scramjet рулит навсегда, в общем.

У него пять (если не сбился со счета) пороков.
Два - смертельных.

[Снусмумрик]

Bussard Scramjet рулит навсегда, в общем.

У него пять (если не сбился со счета) пороков.
Два - смертельных.

Я написал Scramjet, а не Ramjet.  

А если серьёзно, реальный путь идёт через биологию - это неограниченный срок жизни и анабиоз. Вполне в рамках современной науки. И будет уже без разницы, тысячу лет лететь или миллион.

[pkl]

Действительно, никакой, если учесть, что за тысячу лет все системы корабля откажут.

[Alex_Semenov]

Я написал Scramjet, а не Ramjet.  

О, да! это я затупил...  :oops:

А если серьёзно, реальный путь идёт через биологию - это неограниченный срок жизни и анабиоз. Вполне в рамках современной науки. И будет уже без разницы, тысячу лет лететь или миллион.

Ну если серьезно...
И если в этом направлении двигаться, то тогда уже "загрузка"  личности в компьютер. Это идеальная технология для МП. Исчезает масса проблем. Открываются новые возможности.
НО!
Я лично не хотел бы выскакивать и кричать: "А я знаю! А я знаю, как надо правильно летать к звездам!"
Я лично считаю необходимым провести осаду проблемы во всех направлениях. Это хороший термин ОСАДА. То есть рассмотреть все разумные варианты. Постепенно, планомерно не упустив ничего ценного. Я вот уже год воплащаю первый этап трехступенчатого личного плана. Но конечно же в намеченный график не вкладываюсь.
Здесь, во время осады, есть две крайности в которые нельзя впадать.
Одна - чрезмерное разнообразие и поверхностность.
Другая  - узконаправленность на одно "правильное" решение.
Да, скорей всего на этом все и закончится. Как вы сказали. Медленно по 100 лет за световой год... и ключевое решение - тот или иной способ продления жизни (скажем социума на корабле поколений).
Но хотелось бы все-таки "огласить весь списочек"...
Природа ведь, стерва, коварна, но не злонамеренна.
Вот границу ее коварства хотелось бы аккуратно так... нащупать... методом малого приближения и постепенного ощупывания острых углов.
Хотелось бы не только понять как можно но понять почему вот так вот так и вот так нельзя... Составить общую  карту проблемы. Ведь нету же ни у кого!
Карта – второй этап. Обобщение накопленного.
Ну и третий.
Собственно выводы. Проекты.
Я лично для себя вижу в данный момент три возможных решения:

1. Средняя линия. Синяя. Термоядерный наследник "Дедала" (у Ивана "Десант") у нас с Ибатуллиным "Феникс".  Появилось недавно  упоминание о "Дедал-10", мол пилотируемая версия "Дедала".
То есть у нас здесь линейка кораблей на ~0.1с перелет (с торможением у цели) в один конец.
Эта технология как была  главным кандидатом, так вроде и остается.
Но меня эта концепция интересует как граничная. Мы ее начали проектировать с Робертом не от того, что можно (вроде как разумно), а от того что надо бы. То есть это сверхжесткая фантастика в основном. И у нее особая роль. Свой шарм так сказать.

2. Очень консервативная линия. На случай полного отступления под давлением злонамеренной природы. Зеленая.  Корабль поколений. На водородных бомбах ~ 0.01с. Фактически, концепция Дайсоновского "Ориона" но тщательно перетрушенная. Есть набор идей, которая заставит блистать новыми  гранями "избитую" идею. И это на мой взгляд единственный реальный пилотируемый вариант корабля вообще где люди из плоти и крови смогут пересечь эту бездну. Иван будет не согласен. Но это нормально, что он не согласен.
В отличии от "Феникса" этот вариант я бы действительно рассматривал как заявка на серьезный проект. То есть там не должно быть неясных технологий.

3. Очень смелая линия. Красная. И любимая. Скоростной легкий зонд. "Легкий" ПН~ 10 т. Скорей всего парусник или ионник получающий энергию для разгона по микроволновому лучу. Скорость 0.1-0.3с (0.5?). Торможение у цели – совершенно иная технология. Парашют + двигатель.
Здесь возможно два варианта ПН. Консервативный. Исследователь (типа "Фон Брауна" на Дарвин IV) и продвинутый (фантастический). фон-Нейман (саморепликатор) с ИИ или даже "загруженной" в компьютер копий личностей людей.

Вот в общем-то весь спектр видимых мной пока разумных решений МП. Но все они остаются туманными (кроме разве что зеленой линии, но здесь био и социосфера на 1000 лет – камень предкновения тоже и тема для битвы).

Концепция 1 и 3 потребуют исследования идеи торможения о межзвездную среду. Не думаю, что пузырь настолько делает идею парашюта бесполезной. Но в любом случае торможение будет в два этапа. Парашют сколько можно, потом двигатель.
То есть там должно быть 3 ступени. Первая – разгонная и две тормозных.
И вот тут возможны "медленные" ракетные технологии. Я уже знаю 3 которые сами по себе на межзвездные не тянут но хороши тем что масштабируются то есть могут быть легкими. Ели надежда на торможение парашютом до 0.01с  оправдается даже  в пузыре,  то "хилые" ракеты здесь и пригодятся. Возможно опосредованное использование антиматерии. Граммы, например. Не более. Но лучше без нее.
Но сначала нужно отдельно и специально заниматься парашютом.
Для него нужно модель вычислительную строить и на ней его "продувать".
Я у себя "козу" выложил.
http://go2starss.narod.ru/pub/E014_PPV.html
Но сомнительно, что кто-то возьмется ее использовать.

Еще. Изюминка. Красная линия может разбиваться на блоки-подзадачи для и каждой надо искать не одно правильное решение, а несколько взаимо-заменяемых. Например, энергия для разгона. Может быть солнечная электростания и Меркурия, а может быть (чего никто не предлогал) астероид с сетью ядерно-взрывных реакторов типа КВС.
Разгонный блок может быть парусом, может быть ионником. То есть изюминка в том что "русский звездолет" (о котором так долго говорят большевики)  должен быть этаким "Лего" – идейным трансформером-полиморфом...
Само по себе это должно обеспечить определенную живучесть всей концепции в целом.

Самое главное. У вас правильно написано в подписи про "технологии не имеющие аналогов в мире". Все хотят прийти и сказать: вот вам правильная супер-пупер технология для МП. Ухо от члежеть, а не технология!
Правильных нет.
И не будет. Уверен!
Есть набор "неправильных". Мы здесь о половине ИХ  даже не слыхали, хотя там на Западе их в первом приближении уже даже обсчитали, оценили.
Изобретать велосипед – глупо. Нужно изучать то, что уже есть (1 и 2 этап моей осады) и уж потом, выбирая наиболее разумное, нужно пытаться  скомпоновать как можно удачней. Только на этом и можно выиграть.
То есть, для меня задача МП не столько научная, сколько конструкторская. Поиск синергизмов, так сказать...
Ну и еще (коль пошел доклад о планах в области МП)
Я не особый патриот (да я вообще в надхненний нэньке Украине живу и что с вашего что с нашего дурдома балдею). Но здесь мне хотелось бы все-таки им нашу славянскую или азиопскую (СССР-овскую?) кузькину мать показать еще разок. Из чисто спортивного интереса. По-хорошему. По-доброму...
Но первый этап всех наших взлетов к звездам, как водится, ясен как чучь-хе – дернуть, содрать, у них как можно больше ценного и критически оценить. Вот и выполняю я его пока в одиночку.
По мне толковый эскизный проект далекого межзвездного полета куда интересней, чем реальный почти металлический проект база на Марсе. Все равно же сволочи не сделают!
Погрязнут в земных проблемах по самые уши к середине века.
Даже до Луны не доберутся.
Вот помянете мои слова!

[ааа]

А если серьёзно, реальный путь идёт через биологию - это неограниченный срок жизни и анабиоз. Вполне в рамках современной науки. И будет уже без разницы, тысячу лет лететь или миллион.

Вот только может статься, что при неограниченном сроке жизни будет без разницы: лететь или не лететь. Спешить-то некуда.

[Иван Моисеев]

Иван будет не согласен. Но это нормально, что он не согласен.

Это не Иван не согласен. Это математика не согласна. Здесь Fakir  упомянул оптимизацию, несколько неловко. Потому как по сути не сказал ничего. А было время, когда все вычислительные мощности МВТУ им. Баумана (Мир, ЕС, Наири)  эту самую оптимизацию просчитывали.
Не углубляясь в детали могу сказать результат - системы типа Орион не годятся, потому как низкая эффективная скорость истечения.

[Alex_Semenov]

Это не Иван не согласен. Это математика не согласна. Здесь Fakir  упомянул оптимизацию, несколько неловко. Потому как по сути не сказал ничего. А было время, когда все вычислительные мощности МВТУ им. Баумана (Мир, ЕС, Наири)  эту самую оптимизацию просчитывали.
Не углубляясь в детали могу сказать результат - системы типа Орион не годятся, потому как низкая эффективная скорость истечения.

Нет, нет. Вы уж как раз попытайтесь вдаться в подробности!
Вы, Иван, и так непоправимо виноваты передо мной,  за то, что мое детство было не достаточно счастливым! Я не дополучил через ТМ в 70-х ваш "Десант"!
Вы чувствуете всю глубину вашей вины?
Так что не отмазывайтесь.

Я догадываюсь, что в МВТУ вынашивалось не мало удивительных проектов, и многие до сих пор похерены под грифом устаревшей секретности или откровенной никому ненужности и  только дают профанам повод заговорщически гордиться: "о, там такие идеи были что этим буржуям и не сняться до сих пор, и если Путин их достанет то мы в XXI веке как рванем к мировому лидерству еще раз...!"

Давайте по существу.
Низкая эффективная скорость истечения (то есть УИ я так понял)  что вы имели в виду? Здесь могут быть разные причины.
Очевидная - конструкция бомбы (материал запала, инерционная оболочка-толкатель из тяжелых металлов и т.д.) сильно разбавляют, собственно, массу термоядерного горючего в результате чего и УИ  плазмы взрыва сильно падает. Разумеется!
В этом я не вижу непоправимой проблемы. Это очевидный факт, с которым надо считаться и все. Дайсон  еще  в своей пионерской работе 1968 это как раз это и учитывал полагая 1Т заряда = 1MT энергии. Из этого он и считал оба варианта своих кораблей.
Кстати вот первоисточник:
http://galileo.phys.virginia.edu/classes/321.jvn.fall02/Dyson.pdf
(у меня есть текстовый вариант. Сканировал сам. Но перевода пока нет. Но будет непременно).
Поэтому "Орионы" и собираются разгонять всего лишь до ~0.01c.
Но если вы имеете в виду что-то другое, то уточняйте.
Потому что ваш намек, что, мол, считали (сейчас это же можно посчитать у себя на "рабочем столе" наверняка), подразумевает что использовались разносные модели. А значит, уточнялись детали, которые простым (как говорит Fakir) "наукообразием" выяснить нельзя.
В общем, я заинтригован и полон внимания!