Инженерные вопросы межзвездных перелетов

[Alex_Semenov]

Алекс, вы не волнуйтесь так
все нормально. и наезжаете на меня вы конечно зря - я человек весьма мирный и к унылому срачу не склонный.

Ну и слава богу!
Действительно, что это я?!

только вот вы опять ошибок настряпали - я ж не зря вас ссылку просил
ток - это не поток массы
ток - это поток заряда. (соответственно обменять УИ на тягу в ионнике можно просто сменив рабочее тело на другое с более высоким атомным весом)

Разумеется.
Разумеется, нас волнует кг/с, а ток это кулон/с. Но я надеюсь, вы понимаете, что я рассматриваю ситуацию "при прочих равных условиях"?
Если мы используем ксенон, то и там и там. А значит кулон/кг будет постоянным. И если ксенона (в кг/с) нам надо в 100 раз больше, то и ток (в кулонах/с)  будет больше.
Это тот случай когда "умному ясно".
Зачем за это цепляться?
Какой действительный смысл спотыкаться об это?
Вы не верите мне. Но себе то вы верите?

с этого места пошли-поехали косяки в Ваших рассуждениях опять же, поток нейтральной плазмы никакого тока не создает. ну ладно, это мелочи   чего придираться

Вернемся к тому, что изначально речь шла об ИОННОМ двигателе. Не электроракетном вообще.  Я говорил что именно проще создать ИОННЫЙ двигатель с высоким УИ. А в ионном двигателе через "камеру сгорания" течет именно ТОК. Поток частиц одного заряда. Ионы. А в тысячи раз более легкие электроны замыкают цепь "в обход".

в общем, давайте ссылку, где четко написано, что ионник с УИ 20 000 с сделать куда проще, чем 2000с  :wink:

Не дам.
 :evil:
Но почему вам нужна именно ссылка?
Неужели чье-то мнение важней собственных мозгов?
То что ионники со скоростью истечения 100 км/с (и с очень хорошим КПД) давали еще в 60-х – это же факт!
Вот, например http://nauka.relis.ru/26/0309/26309002.htm :

Одна из последних моделей - с пористым вольфрамовым эмиттером, созданная в 1965 году, давала "тягу" около 20 г при токе ионного пучка 20 А, имела коэффициент использования энергии около 90% и вещества - 95%.

А вот  у Перельмана на 1962-й http://www.epizodsspace.narod.ru/bibl/perelman-r/02.html простой как дверь график:



Видите? В сущности, скорость истечения у чистого ионника можно сделать какой угодно.
Скорость истечения линейно зависит от напряжения. Это же, опять, школьная физика.
Какие тут сомнения?
"Ступайте! Ступайте и не сомневайтесь! Уверенность придет к вам позже!"
Если вы делаете ионный двигатель на 2000 км/с то вы можете за секунду расходовать мизерное количество топлива (ионов), получая необходимую вам тягу. Но в этом случае электроэнергии вам понадобится в 10 000 раз больше, чем если бы вы получали ту же тягу отбрасывая в 100 раз больше тех же ионов со скоростью всего 20 км/с.
Это же элементарон!
То есть. Ионному двигателю лучше бы отбрасывать с большей скоростью да меньше массы (зарядов). Напряжение в миллионы вольт на сетке? Так это же не проблема!
Но это потребует квадратичного роста мощности энергоустановки. То есть вам надо квадратично больше электроэнергии. Что не есть разумно при межпланетных полетах. "Где деньги Зин"?   Поэтому от чисто инонных двигателей еще с 60-х отказываются в пользу более хитрых электроракетных двигателей где разгоняется смесь ионов с электронами именно потому  что у них можно получить меньший УИ да больший расход рабочего тела (да при приемлемом КПД) со всеми вытекающими.

50-70 км/с это идеальная скорость истечения для межпланетных кораблей. Умножте ее на 3/2 (почему – я выше распинался) и получите 75-105 км/с. Это общий прирост скорости, так называемая характеристическая скорость (в сумме разгон-торможение, маневры) более чем достаточный для полетов в районе Меркурий-Сатурн.

я привязался к этому не просто чтобы придраться, а потому что для меня это неожиданность и хотелось бы все же знать, как оно на самом деле

Если "на самом деле" - то так как я вам говорю.
Или вы не доверяете "школьной физике" и своему собственному разуму?
Зачем вам первоисточник?
И поймите (еще раз) я говорил и говорю все это для КЛАССИЧЕСКОГО ионника. Потому как мне интересен именно он.



От них и отказались в итоге в пользу всякой там плазмы потому что классический ионник легче приспособить для межзвездных скоростей истечения и задач (вот только придумать "батарейку" покомпактней не смогли) и они никуда не годятся для насущных межпланетных скоростей.
Я вообще ионниками заинтересовался с десяток страниц назад (здесь), когда мне понадобилось над полюсом Калисто подвесить зеркало для оптической системы парусника и я прикинул что только на 200-300 км/с истечении я смогу обеспечить баланс сил и всех прочих параметров этой громаде (иначе топливо поставляеть кораблями-лифтерами в течении года к нему будет трудно. Захекаешся).
Так как в первоисточниках везде указывается скорость истечении 50-70 км/с я сразу же заинтересовался, а можно ли больше (мне то под мой прожект нужно больше)? И тут я выяснил, что не только можно но и нужно!
Двигатели с таким УИ и тягой для моей левитирующей подсистемы не проблема. И где взять энергию – тоже не проблема. Главная проблема – та же как и везде – слив при таком УИ лишнее тепло с энергоустановки (которая отбирает тепло у брегговского зеркала, которое хоть и почти идеальное, но 0.05% энергии луча все-таки поглощает и жутко при этом греется).
Но современной космонавтика скорости истечения более 100 км/с от ионников сто лет не нужна. Не говоря уже скорость истечения для этого чуда: http://go2starss.narod.ru/pub/E013_IZRL.html
Там ведь действительно нужна скорость истечения в 2/3 от 0.1с.
А кто вам про такие сумасшедшие скорости напишет диссертацию о ионниках?
Толко Перельман в 1962-м...
Поэтому хоть гору литературы переройте – фиг найдете прямого указания на эту тонкость. Я вам говорю как человек вечно ковыряющийся в малоосвещенных вопросах.
Хош не хош - приходится пользоваться своими мозгами.

ЗЫ кстати, не приписывайте мне ни "васю", ни горячую лубофф к нему.

Хорошо. Извините.

[Alex_Semenov]

Продолжаем рубрику "время искать и удивляться"
Вот полюбопытствуйте:
http://epizodsspace.no-ip.org/bibl/tm/1968/4/kontury.html



Полет в вечность (опять же между звездами) верхом на планете...

[Alex_Semenov]

А вот идея, которая не потеряла за десятилетия актуальности...

http://epizodsspace.no-ip.org/bibl/tm/1958/6/kosm-prost.html



На что похожа эта наивная схемка корабля...
Где-то у меня уже было что-то в таком духе.. Так же почти расположены люди и груз...
АГА!
Вот!



Кстати, http://go2starss.narod.ru/pub/E012_ZBD.html - самая читаемая (рекордное количество обращений) статья у меня на сайте!

[zyxman]

Семенов, вы уж меня извините, но мне прийдется уточнить насчет ионников и плазмы. Сами увидите, что это важное дополнение.

Итак, несколько лет назад "засветился" еще один вариант инерциального синтеза.
Как мы помним, для инерциального синтеза главная проблема поджиг - нужно каким-то образом очень быстро подвести к мишени очень приличный объем энергии.
Вариантов вобщем три:
1. лазер
2. антивещество
3. пучок заряженных частиц, и собственно про его я тут и расскажу в популярной форме.

В принципе там все просто, пока вопрос обсуждается на пальцах - ну просто нужно взять некоторое количество ионов и разогнать до необходимой энергии и все.
Но в реальной жизни возникает совершенно простая проблема - плотность пучка ионов должна быть довольно приличной, иначе мишень нагревается недостаточно быстро и плотность успевает снизиться что поджига не происходит.
Реально там речь шла об увеличении тока (и соответственно плотности пучка), ЕМНИС чуть ли не в миллион раз.

Очевидно, что простым увеличением номера ускоряемых ядер можно увеличить плотность практически в 100 раз, но надо где-то взять еще несколько порядков.

Когда начинают увеличивать плотность пучка, возникает совершенно элементарная проблема - частицы разлетаются в разные стороны ввиду того что они заряжены, и это не позволяет сделать достаточно высокую плотность.

Первым шагом к решению проблемы было просто сделать пучок в целом электрически нейтральным, то есть просто ввести в него электроны.
На самом деле при этом возникают дополнительные сложности с ускорением, тк разный знак зарядов в том-же поле летит в разные стороны, но никаким другим способом увеличивать НАСТОЛЬКО плотность пучка не удалось.

Равновесная плазма позволяет заметно увеличить ток, но на действительно больших токах этого уже недостаточно, и тогда делается следующий шаг - в пучок вводится избыточное число электронов, то есть делается неравновесная плазма.
И вот только с неравновесной плазмой, удалось приблизиться к параметрам пучка частиц, необходимым для использования пучка для зажигания реакции синтеза.

Практически такие-же проблемы и у ионников, и чем больше необходимо увеличивать ток, тем больше потребность использовать неравновесную плазму и прочие краенаучные ухищрения.

[hecata]

При этом получить 15 км/с куда сложней на них чем 150 при той же тяге.

Вообще говоря - для классической схемы Кауфмана это неверно. При этом придется очень сильно увеличивать разницу потенциалов между сетками, и при этом проблемы с механической их устойчивостью станут нерешаемыми.

Для СПД и ДАС, несмотря на то, что разгон идет в нейтральной плазме, сем механизм разгона дает меньшие импульсы (до 30 км/с против 100 км/с для сеточных ионников). Есть конечно экзотические дизайны, типа FEEP, которые дают бОльшие импульсы, но как-то получается, что при умерянных напряжениях - типа 1-3 кВ импульсы электрических двигателей будут лежать до 100 км/с. С делать больше - определенное инженерное напряжение, а не наоборот.

[zyxman]

Давайте придумаем ТЗ и сделаем решение.
Вопрос постоянного хостинга для больших объемов и траффика непростой, а вопрос "непостоянных" ссылок очень даже решаем.
Кстати, надо-бы подумать и насчет полного бакапа всей библиотеки.

Вообще то можно было бы забить себе доменное имя и сделать переадресацию на него. Где бы не находилась физически библиотека (на каком бы реальном адресе), ссылки пойдут через забитый адрес который будет неизменным не зависимо от того куда реально переезжает библиотека.

Да, я именно это имел в виду - сделать специальный сайт, где будет редиректор, а на всех страницах указать так называемую "постоянную ссылку".
То есть редиректор всегда будет знать, где находится библиотека (или ее часть в которой данный файл) и будет перебрасывать на рабочий урл.

Для абсолютной надежности можно ссылку на редиректор на главную страницу положить например на википедии и/или на нескольких каких-то других общедоступных надежных источниках, в том числе и на всяких экзотичных вроде wikimapia (там вики привязанная к google maps).

Кстати, интересный вопрос для энтузиастов: а есть ли точка (место) на Земле, которое все любители тематики МП могли-бы ЕДИНОГЛАСНО выбрать как одно из ключевых для МП?

[pkl]

Продолжаем рубрику "время искать и удивляться"
Вот полюбопытствуйте:
http://epizodsspace.no-ip.org/bibl/tm/1968/4/kontury.html



Полет в вечность (опять же между звездами) верхом на планете...

Какой ужас! А ещё меня костерили за путешествия к звёздам на планетоиде! :roll:

[hecata]

Одна из последних моделей - с пористым вольфрамовым эмиттером, созданная в 1965 году, давала "тягу" около 20 г при токе ионного пучка 20 А, имела коэффициент использования энергии около 90% и вещества - 95%.

Александр, это цезиевые ионники, у них ресурс - единицы часов.

А вот  у Перельмана на 1962-й http://www.epizodsspace.narod.ru/bibl/perelman-r/02.html простой как дверь график:



Видите? В сущности, скорость истечения у чистого ионника можно сделать какой угодно.
Скорость истечения линейно зависит от напряжения. Это же, опять, школьная физика.
Какие тут сомнения?
"Ступайте! Ступайте и не сомневайтесь! Уверенность придет к вам позже!"
Если вы делаете ионный двигатель на 2000 км/с то вы можете за секунду расходовать мизерное количество топлива (ионов), получая необходимую вам тягу. Но в этом случае электроэнергии вам понадобится в 10 000 раз больше, чем если бы вы получали ту же тягу отбрасывая в 100 раз больше тех же ионов со скоростью всего 20 км/с.

Кроме того, при 20 кВ, ускорительная сеточка ляжет на экранирующую и ничего работать не будет. Электростатика-с и механика...

Поэтому от чисто инонных двигателей еще с 60-х отказываются в пользу более хитрых электроракетных двигателей где разгоняется смесь ионов с электронами именно потому  что у них можно получить меньший УИ да больший расход рабочего тела (да при приемлемом КПД) со всеми вытекающими.

Это у нас отказались. На западе, наоборот, сосредоточились на чисто ионных, в которых разгоняется ионы высшей степени очистки. Гуглите NEXT, NSTAR, NEXIS, а если кажется, что это все лабораторные штучки, то XIPS.

[Alex_Semenov]

При этом получить 15 км/с куда сложней на них чем 150 при той же тяге.

Вообще говоря - для классической схемы Кауфмана это неверно. При этом придется очень сильно увеличивать разницу потенциалов между сетками, и при этом проблемы с механической их устойчивостью станут нерешаемыми.

Разумная реплика. А вы не хотите дать КОЛИЧЕСТВЕННУЮ оценку данного утверждения?
Я бы с удовольствием углУбился, так сказать, в эти новые ДЕТАЛИ...

[Alex_Semenov]

Ну что?
Никто не хочет ничего считать?
Лень? "В падлу"?
Не царское дело?

Следите!
Могу напутать же!

Наша задача: в первом приближении рассчитать простейший ионный двигатель.
Скорость истечения ионов из ионного двигателя Ve. Кинетическая энергия частицы массой m:  Ek=m*V^2/2. Но потенциальная энергия Ee  заряда q в поле с разностью потенциалов U:

Ee=qe*U   (1)

Ионный двигатель превращает потенциальную энергию заряда в кинетическую. Положив коэффициент преобразования одной энергии в другую =1:

Ek=Ee = m*Ve^2/2 =qe*U  (2)

Отсюда:

V=корень(2*qe*U/m)=корень[(2*qe/m)*U]    (3)

В данном случае qe – заряд единичного иона рабочего тела. Обычно он равен заряду электрона 1.60E-19 Кл (но положительный) так как нет смысла ионизировать любое рабочее тело сильней.
m – масса частицы. В кг.
Удобней всего вычислять через число Авагадро. Nа = 6,0E+23 моль1. Берем молярную массу любого вещества (из Википедии) и делим ее на Na.

m =  M/Na   (4)

Например.
Ксенон 131,29 г/моль. Переводим в кг. m= 0.131/6,0E+23 =2,18333E-25 кг.
Водород 1 г/моль. m= 0.001/6,0E+23 = 1,67E-27 кг.

Отношение q/m для водорода 9,58E+07 ~ 1E8.
Если мы используем другое более тяжелое рабочее тело то q/m будет во столько раз меньше, чем больше молярная масса этого элемента молярной массы водорода.
То есть для ксенона примерно в 131 раз меньше.

Из (2) можно получить необходимое напряжение при заданной скорости истечения :  

U =(m/qe)*Ve^2/2 (5)

Так для водорода для разгона до 30 км/с получаем: 4,6875 В
А что говорят ПЕРВОИСТОЧНИКИ?

Можно взять два электрода и приложить к ним постоянное напряжение. Пусть на одном будет напряжение +4,5 вольта, а потенциал второго (катода) будем считать нулевым. Положительный электрод (анод) соединён с ионизатором газа. Ионы, вышедшие из него через отверстие в аноде, начнут ускоряться в электрическом поле, устремляясь к электроду с нулевым потенциалом. Если в нём сделать отверстие, ионы пролетят сквозь него в пространство со скоростью 30 км/с. А электроны, оставшиеся в ионизаторе, уходят через электрическую цепь и источник питания на катод. Эта система получила название ионный двигатель: в зоне его ускорения находятся только ионы.

http://wsyachina.narod.ru/technology/rocket_2.html

Не врет доктор физико-математических наук А. И. Морозов!

Кстати там далее следует очень ценный абзац:

На самом же деле водородных ионных двигателей на 4,5 вольта нет. Причина этого одна: в ускоряющем промежутке невозможно получить высокую плотность частиц. Ионы создают в нём довольно большой объёмный заряд, который быстро экранирует потенциал нулевого электрода и ,,запирает" поток. Чтобы обеспечить достаточно большой ток, нужно создать высокую напряжённость поля, как можно сильнее сдвинув электроды. Но предельное расстояние между ними ограничено долями миллиметра: в слишком узком зазоре возникнет пробой. Скорость наращивать тоже нельзя: это ведёт к повышению энергетических затрат на единицу тяги. Поэтому в таком двигателе используют тяжёлые частицы — ионы ксенона, ртути или цезия, работают при напряжении порядка тысячи вольт и получают довольно приличный ток и сравнительно большую тягу.

Вот! Здесь содержится ответ на многие вопросы.
Прежде всего
Объемный заряд – Qv- количество частиц в объеме между анодом и катодом умноженное на их заряд (электрона).

Qv = N*qe (6)

Секундный расход топлива   Mt – количество рабочей массы протекающей через двигатель за секунду (кг/с). Именно этот расход умноженный на скорость истечения и дает тягу двигателя.
Частицы рабочей массы между электродами движутся с равномерным ускорением. На аноде  мы считаем их скорость =0, а когда проходят катод =Ve. Средняя скорость путешествия через зазор длинной d:

Vср=Ve/2 (7)

Тогда масса рабочего тела находящаяся в зазоре в любой момент времени:

M = Mt*d/Vср = 2*Mt*d/Ve (

Так как N=M/m то из 6 и 8:

Qv = (qe/m)*2*Mt*d/Ve   (9)

Обратите внимание. Чем шире зазор (d) тем больше объемный заряд. Все верно. Но чем выше скорость истечения Ve, тем объемный заряд меньше (при одном и том же Mt).
Кстати, чем выше m (тяжелее химический  элемент взятый в качестве рабочего тела) тем объемный заряд тоже меньше.
Конечно, мы заинтересованы увеличить Mt (для повышения тяги). Но во-первых если у нас увеличивается Ve у нах заряд уменьшается, а если мы сохранем тягу, то  мы можем уменьшит Mt во столько же.  Итого при росте Ve объемный заряд падает квадратично.
Это обнадеживает!
Кстати.  
Вернемся к 5.
При росте скорости Ve потенциал U растет квадратично (не линейно!). Если для того же водорода мы хотим скорость истечения не 30 км/с, а уже 3000 км/с то потенциал с батареечных 4.5 вольт возрастает до 45 КВ (45 000 В)!
Для скорости истечения в 0.1с (будем считать такую скорость разумным пределом для нашего ионного двигателя) понадобится разность потенциалов в  4 500 000 В!

Как определить силу, возникающую между анодом и катодом?
Из уравнения напряженности поля  Е=U/d:

U=E*d   (10)

Представим анод и катод как две заряженные плоскости площадью S, разделенных зазором  d. Для двух плоскостей, когда корень(S) >> d, можно считать их условно бесконечными.
Напряженность над одной бесконечной плоскость. (скажем, анодом) :

 E= z/(2*eo) (11)

Где eo= 8,85 10-12 Кл2/(Н м2) – константа, а z – поверхностная плотность заряда z=Q/S  

Тогда:  

E=Q/(2*S* eo)  (12)

Из 10 мы можем, зная рабочее напряжения U, найти заряд пластин:

Q=2*U*S*eo/d   (13)

А зная, что F=Eak*Q получим:

F= E*Q =[U/d]*[2*U*S*eo/d]  =2*U^2*S*eo/d^2  (14)

Кстати. Вот тут  http://all-fizika.com/article/index.php?id_article=807 у Фейнмала в лекциях (кто бы подумал?!) сила между обкладками конденсатора, вычисленная другим путем (через энергию, работу, емкость)  и получается (8.17):

F=Q^2/(2*eo*S)

Если вместо Q подставить 13:

F= (2*U*S*eo/d)^2/(2*eo*S)=(4*U^2*S^2*eo^2)/(2*eo*S*d^2)= 2*U^2*S*eo/d^2  

Вроде то же самое. Это обнадеживает.
Что можно сказать сразу ничего пока не считая?
Увеличивая скорость истечения, мы увеличиваем квадратично разность потенциалов. А увеличивая разность потенциалов мы квадратично увеличиваем силу между сетками. То есть сила растет в четвертой степени от скорости!
Очень неприятное явление...
Хотя так же квадратично сила падает и от роста зазора.
Зазор растить сильно нельзя, ибо растет объемный заряд. Кстати, который надо еще учитывать (надо еще  посчитать дополнительное dU на сетках для его компенсации).
Но так как по мере роста скорости истечения мы пропорционально снижаем и расход топлива (сохраняя ту же тягу) то (смотрим формулу 9) объемный заряд можно сохранить тот же снижая Mt в разы в разы увеличиваем d – зазор.
То есть, не так все плохо!
И так. Выше мы считали что при скорости истечения 30 км/с для водорода нам нужна разность потенциалов как у батарейки (4.5 в). А если взять 3000 км/с  уже 45 киловольт.
Какая будет при этом сжимающая друг к другу сила на сетках?
Предположим площадь сеток 1 м2 а зазор между ними 1 см. Тогда сила прижимающая сетки получается... 358,5 Ньютона! 36 килограмм-силы... Для метрового размера конструкции это ФИГНЯ СОБАЧЬЯ!
Обнадеживающий результат.
Осмелев, считаем для Ve= 30 000 км/с (0.1с). Напряжение на сетке возросло квадратично - 4.5 миллиона вольт. При всех тех же параметрах получаем... 3584250 Н. 360 тонн... "Тяжела ты шапка Мономаха".
При таком напряжении на сетке это, наверное, только цветочки...
Наверняка элементарно пробьет...
Однако...
Мы же говорили, что секундный расход топлива можно и снизить во столько же раз во сколько повысили скорость. в 10 раз по сравнению с предыдущим... Тяга от этого не уменьшится. А значит и зазор (при том же объемном заряде) можно увеличить в 10 раз.
(кстати его можно увеличить в 100 раз! ищите выше почему!)
При зазоре 10 см получаем 3.6 тонны сжимающих усилий (на м2).
А это если и тяжко, то терпимо...
А если использовать возможности на всю катушку (сделать зазор 1 метр) то возвращаемся к тем же 36 кг!
И так.
До скорости истечения 30 000 км/с раскачать классический ионный двигатель  все-таки (во втором приближении к реальности) можно.
Илия ошибся в расчетах?
Возьмется кто-либо это все проверять?

[Макар]

Мне каааэтса    что в (3) 2 потеряли, дальше не вдавался в подробности.  
Т.Е. вы видите, что предлагаемый мной метод многоступенчатого ускорения для этих целей, дает техническую возможность все это разогнать до скоростей близких к С при более низких U.
Кстати у меня вышло, что электроны на 4.6м. и U=2.5686 *10^3 В. имеют скорость V=2.999998 *10^8 м\с и последнюю ступень можно повторить хоть 100 раз во столько же увеличив силу, действующую на движитель при выбросе того же количества частиц.
Конечно, для протонов его придется увеличить в 1800 раз, но я его пересчитаю чуть позже для протонов дейтерия.

[Alex_Semenov]

Мне каааэтса    что в (3) 2 потеряли, дальше не вдавался в подробности.

Да, действительно. Описка.
Спасибо. Поправлю.
Но я надеюсь, все видят, что это непринципиально дальше?
Кстати 4.5 вольта рассчитаны с учетом потеряной 2-йки.
Еще раз. Далее я не использую эту формулу в более тонких и интересных выводах.
ВСЕ ВИДЯТ?
Я оправдываюсь из всех сил!
Идиотское ощущение...
Я просто смешен!
На мгновение возник дурацкий страх, что большинство моих читателей теперь скажут:
"Чувак, да ты в первой же формуле облажался! Гы-гы–гы! Все остальное – тоже лажа!"
Ведь ПРОСЛЕДИТЬ  все мои потуги, логику, действительно, мало кто возьмется...
Не потому что НЕТ УМА.
Потому что "в падлу"...
Некомефле мозги такими задачками напрягать!
Сколько раз наблюдал уже!
Ужас!!!
Почему ужас?
Читайте ниже!

Т.Е. вы видите, что предлагаемый мной метод многоступенчатого ускорения для этих целей, дает техническую возможность все это разогнать до скоростей близких к С при более низких U.
Кстати у меня вышло, что электроны на 4.6м. и U=2.5686 *10^3 В. имеют скорость V=2.999998 *10^8 м\с и последнюю ступень можно повторить хоть 100 раз во столько же увеличив силу, действующую на движитель при выбросе того же количества частиц.
Конечно, для протонов его придется увеличить в 1800 раз, но я его пересчитаю чуть позже для протонов дейтерия.

Электрон – частица легкая.
Почему бы и нет?
Но мне остается непонятным главное.
Зачем вам все это надо?
Разгон до релятивисских скоростей ракетной массы.
Я выше полтары страницы здесь исписал чтобы объяснить почему нет смысла разгонять ракетную массу выше 2/3 от полетной...
Вы прочли?
Да, "тонкие спецы" морщили лбы над тонкими нюансами...
Но в главном я же прав!
Бросьте эту свою идею.
Это сложно.
Бросить то к чему душей прирос.
Что сам придумал...
Но смелость, сила духа нужна не только наступать. Отступать (признавать ошибки) смелость нужна ЕЩЕ БОЛЬШАЯ!
Вы вроде самый умный здесь пока отозвавшийся...

Понимаете, вы ЗРЯ потратите энергию, если будете выхлоп разгонять до С. Очень много энергии. Тысячи и тысячи годовых энергетических бюджетов всей нашей цивилизации..
И все – зря.
Понимаете?
Я  ведь даже там график привел. Показал на кривой, что у ракеты есть энергетический минимум... Зачем же быстрей чем надо отбрасывать ракетную массу?
Ну неужели это так сложно понять?

Господа!
Я действительно графоман и "разговариваю как баба"....
Но понимаете...
Гм...
Я должен поделится этим!
Это стоит того!
Такие совпадения...
После того как я сюда слил свои последние рассуждения , я начал смотреть новый для меня фильм. Не важно почему я отвлекся сюда, посмотрев уже 2/3. Но 2/3 это как раз тот момент, когда не ясна  концовка но ты в атмосфере на 100%..
Так вот. Я прервал просмотр и заглянул сюда.
"Вернулся в реальность..."
Я начал все это читать, находясь под впечатлением фильма...
И когда до меня дошел смысл прочитанного... возникло жутковатое ощущение... что продолжаю смотреть кино!!!...
Моя ситуация здесь сильно похож на идиотскую ситуацию в которую попал простоватый  герой фильма...
Буквально на секунду нахлынуло...
Мне стало смешно.
И горько...
Я должен этим с вами поделиться!
Я знаю, что могу обидеть...
Но вы же  ВСЕ-ТАКИ еще УМНЫЕ ЛЮДИ!
Верно?
Кто-то ж меня, надеюсь, поймет и не обидится!
Не 2505-й же год сейчас на дворе!
Я идиот!
Я -кретин!
Я  никак не могу понять почему столь простые вещи, пускай столь длинно описаны, но  все равно важные не доходят до людей даже на этом, специальном форуме где собрались ИЗБРАННЫЕ умники?
Вот первый комментарий...
Человек увидел ошибку...
СООБРАЖАЕТ!...
Уже IQ выше среднего, так сказать...
Но и он сразу оговорился. Мол, стремно, дальше лезть...  Не разибрался дальше...
"НИОСИЛИЛ"...
(или осилил но не уверен что все правильно понял...)
А ведь, действительно...
Чего я от вас хочу?
Да, сейчас еще только 2010-й.
Но и не 1960-й!
Зачем я тут разговариваю с вами "как баба" из "журнала юнный техник" за 1957-й год?
Взываю насладится решением задач?
ИДИОТ!
НЕ ТЕ ЖЕ ВРЕМЕНА УЖЕ!!!
 :evil:  :evil:  :evil:

Что за впечатление мной владеет?
Что за фильм я смотрю прямо сейчас?

ИДИОКРАТИЯ[/size]

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%BA%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%8F


Настоятельно рекомендую и вам, Господа!
Посмейтесь или поплачте!
Если еще в состоянии...

[AACH]

К механике фотонных ракет

http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/zenger/k-mehan/01.html

Здесь очень подробно про релятивистский выхлоп

[Alex_Semenov]

К механике фотонных ракет

http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/zenger/k-mehan/01.html

Здесь очень подробно про релятивистский выхлоп

Именно эту ссылку пару страниц назад я в первую очередь и предлагал желающим.
Лично для меня полет с релятивистским эффектом - за гранью разумного.

С некоторых пор в узких кругах гурманов от МП классификация межзвезднх кораблей идет так:

Медленные, летящие до 0.01с.  Всякие корабли поколений, сеятели...
Время полета – столетия и даже тысячелетия.

Средние от 0.01 до 0.1с. Полет на сантисветовых скоростях. Полет длится десятилетия-столетия. "Одно поколение". Колонизаторы, исследователи.

Быстрые. От 0.1с до скорости света. Исследователи. Полет длится десятилетия-годы.
Но для них считается, что быстрей 0.5с лететь все равно бессмысленно. А на этой скорости релятивистский эффект (например замедления времени) составляет ~ 15%.

Кстати, фильм досмотрел.
Классный.
Концовка - вообще из ряда вон!
Если вы до конца досидите...

Я качал отсюда:
http://www.kinozala.net/news/idiokratija_idiocracy_2006_hdtvrip_720p/2010-08-02-55

[Макар]

[
Электрон – частица легкая.
Почему бы и нет?
Но мне остается непонятным главное.
Зачем вам все это надо?
Разгон до релятивисских скоростей ракетной массы.
Я выше полтары страницы здесь исписал чтобы объяснить почему нет смысла разгонять ракетную массу выше 2/3 от полетной...
Вы прочли?
.

Текст да, как и предыдущие страницы.
И смею, наедятся на перспективность своих предположений т.к. в начале пути КПД 50% . Корабль получит ровно такой же импульс, как и улетевшие частицы, а вот при скоростях близких к С должно произойти то "чудо" о котором вы говорили.
А именно приближение КПД к 100%.

[zyxman]

Ну что?
Никто не хочет ничего считать?
Лень? "В падлу"?
Не царское дело?

Не знаю кому как, а я в этом году почти с каждым днем все больше в шоке от происходящего за пределами нашей "курилки"..
На МП просто уже сил не остается..

Вот правда еще пытаюсь вас раскрутить на какой-нить перспективный проект (вроде той идеи сделать удобные ссылки на библиотеку Хлынина), но пока не очень успешно

[hecata]

Ну что?
И так. Выше мы считали что при скорости истечения 30 км/с для водорода нам нужна разность потенциалов как у батарейки (4.5 в). А если взять 3000 км/с уже 45 киловольт.
Какая будет при этом сжимающая друг к другу сила на сетках?
Предположим площадь сеток 1 м2 а зазор между ними 1 см. Тогда сила прижимающая сетки получается... 358,5 Ньютона! 36 килограмм-силы... Для метрового размера конструкции это ФИГНЯ СОБАЧЬЯ!

Алекс! Вы опять упрощаете. Но даже в такой упрощенной модели выбираете самое простое. Для ксенона разность потенциалов будет в тысячу вольт для 30 км/с (в реальных двигателях 0,8-1,5 кВ) - значит сила вырастет до какой величины? В 49382 раз больше, если не ошибаюсь? Для снижения ПЗ увеличивают диаметр двигателя, но это значит что прогиб сетки в центре становиться еще больше. Именно сетки, их стойкость к плазменой эрозии, механическая стойкость и опасность пробоя и являются ограничивающими скорость факторами.

Вообще здесь есть Fakir, который, если я правильно помню, занимался ЭРД когда-то.

[PathFinder]

Ну что?
Никто не хочет ничего считать?
Лень? "В падлу"?
Не царское дело?

Следите!
Могу напутать же!

Наша задача: в первом приближении рассчитать простейший ионный двигатель.
Скорость истечения ионов из ионного двигателя Ve. Кинетическая энергия частицы массой m:  Ek=m*V^2/2. Но потенциальная энергия Ee  заряда q в поле с разностью потенциалов U:

Ee=qe*U   (1)
...
...

На уровне школьной физики логика рассуждений верна от начала и до конца.  Но может быть имеются тонкости, которые могут сильно корректировать рассуждения школьной физики? К сожалению я не спец по ионникам и с тонкостями не знаком.
И кстати к чему эти "страдания" по поводу сил, действующих на сетки?
Может скажу глупость, но разве нельзя между сетками поставить распорки из какого-нибудь диэлектрика? Типа колонн, поддерживающих крышу.

Теперь, что касается оптимальной, с энергетической точки зрения, скорости истечения рабочего тела в 2/3 от нужной скорости полезного груза.
Ясное дело, что она (оптимальная скорость истечения) должна существовать и быть меньше скорости полезного груза, так как ограниченная энергия "делится" между рабочим телом и полезным грузом не поравну. Сильнее разгоняем рабочее тело, меньше "достаётся" полезному грузу. Чего тут не может понять Макар - непонятно.

К сожалению конкретные выкладки по расчету оптимальной скорости истечения рабочего тела Вы, Alex_Semenov, не приводите. Но, насколько я понял, она вычислена для условия "рабочее тело с собой, а энергия от внешнего источника".
Было бы интересно посчитать оптимальную скорость для случая "рабочее тело с собой, энергоноситель (с заданным количеством энергии на единицу массы энергоносителя) также с собой". Может сам посчитаю, если руки дойдут или не опередит кто нибудь.

По поводу сложностей с парусом напишу позже. Там вырисовываются не просто технические сложности. Там вырисовываются сложности на уровне физических законов.

P.S. Alex_Semenov, не спешите разочаровываться в человечестве. Не Вам одному не нравится, когда люди ведут себя как приматы. :wink:

[PathFinder]

Ну что?
Никто не хочет ничего считать?
Лень? "В падлу"?
Не царское дело?

Следите!
Могу напутать же!

Наша задача: в первом приближении рассчитать простейший ионный двигатель.
Скорость истечения ионов из ионного двигателя Ve. Кинетическая энергия частицы массой m:  Ek=m*V^2/2. Но потенциальная энергия Ee  заряда q в поле с разностью потенциалов U:

Ee=qe*U   (1)
...
...

Немного подумав заметил некоторый пробел в Ваших выкладках.
Отсутствует формула, описывающая уменьшение Ve из-за объёмного заряда Qv. И думаю, такую зависимость будет сложно вывести в рамках школьной физики.
То есть имеется, конечно, формула (9):Qv = (qe/m)*2*Mt*d/Ve .
Но ведь она выведена в предположении, что Ve влияет на Qv, а Qv на Ve не влияет. Но это не так. Влияние взаимное. С ростом Qv уменьшается Ve.
В результате (9) превратится в уравнение (или систему уравнений), которое нужно будет решить относительно Qv и Ve.
Формулы (10)-(14), описывающие силы, действующие на решётки не сключают в себя Qv и Ve. Но, видимо, силы, описываемые этими формулами будут соответствовать меньшим значениям Ve. А вот на сколько меньшим? Это зависит от того, какой вид примет дополненная формула (9).

Вобщем, похоже Ваши рассуждения верны для одиночного иона, а если их количество растёт, то всё становится сложнее.

[Alex_Semenov]

Ближайшие две недели мне будет трудно поддерживать сей диалог. Но уж больно тема ценная да и в самом разгаре мозговой штурм...

PathFinder пишет:
 

Ну что?
Немного подумав заметил некоторый пробел в Ваших выкладках.
Отсутствует формула, описывающая уменьшение Ve из-за объёмного заряда Qv. И думаю, такую зависимость будет сложно вывести в рамках школьной физики.
То есть имеется, конечно, формула (9):Qv = (qe/m)*2*Mt*d/Ve .
Но ведь она выведена в предположении, что Ve влияет на Qv, а Qv на Ve не влияет. Но это не так. Влияние взаимное. С ростом Qv уменьшается Ve.
В результате (9) превратится в уравнение (или систему уравнений), которое нужно будет решить относительно Qv и Ve.

Да. Я думал зацепится и за это. Но отказался. Решил что и так много написал. Но самое главное – я не могу уверенно здесь теоретизировать.

В общем, похоже Ваши рассуждения верны для одиночного иона, а если их количество растёт, то всё становится сложнее.

Похоже на то.
Но!
С другой стороны. Давайте поищем и простое решение.
Давайте подумаем КАК объемный заряд может повлиять на Vc отдельного иона?
Разность потенциалов U – само собой разумеется. Именно поле E созданное этой разностью потенциалов и СОВЕРШАЕТ РАБОТУ по разгону иона.
A=F*d=qe*E*d
А объемный заряд? КАК он может тормозить или разгонять каждый отдельный ион? За счет КАКОЙ ЭНЕРГИИ? Или куда он отобранную у отдельного иона энергию сливает?
Улавливаете суть моего сомнения?
Хотя я не уверен, но объемный заряд, в силу простого закона сохранения энергии никак не должен влияет на Ve.
На что он влияет? На ток. На расход ионов.
Фактически мы имеем дело с вакуумным диодом. Вернее триодом. Где роль сетки выполняет объемный заряд. Если на сетке накапливается достаточно сильный положительный ПОТЕНЦИАЛ, то он запирает анод. С него перестаю поступать новые ионы. Ибо над анодом E=0. Но как только это происходит, объемный заряд рассасывается. То есть положительный заряд на сетке как бы уменьшается и поток ионов опять возобнавляется так как над анодом опять появляется электрическое поле НЕСКОМПЕНСИРОВАННОЕ объемным зарядом. То есть, в первом (возможно неверном) приближении объемный заряд должен быть чуть меньше (почти равен) заряду анода и катода. Тогда поток ионов через двигатель получается максимальный.
Почему то всплыл термин «ток насыщения»...
Почему объемный  заряд не совершает работы по торможению пролетающих через него частиц?
А подумайте. Пускай между анодом и катодом существует объемный заряд. Вот от анода оторвался единичный ион. Если бы не было объемного заряда, то он бы под действием равномерного E равноускоренно (как я и считал) пролетел бы через зазор d и прошел через секту катода с положенной скоростью Ve.
Но у нас объемный заряд. В самом начале он экранирует поле катода и наш заряд разгоняется слегка медленней чем без него. Отрицательный заряд далекого катора экранируется близким объемным зарядом Но пройдя некую точку на пути d (как на глаз 1/4) он оказывается по ту сторону некой средней (равнодействуюшей) объемного заряда и теперь этот заряд (который до этого его тормозил) его подгоняет. Ибо заряд разгоняется не только отрицательным зарядом на катоде, но и положительным на аноде. Без объемного заряда, заряд анода  оказывается далеко. Но объемный заряд как бы приближает положительное поле анода к катоду увеличивая теперь здесь потенциал выше среднего.
Бли. Нарисовать бы (и показать что заряд неравномерен в зазоре d ибо над анодом частиц больше. Они ведь еще только начали разгонятся!)
То есть объемный заряд это облако заряженных частиц. Представьте себе, что такое облако находится в неком пространстве где нет разгонной разности потенциалов. Влетая в такое облако ион (летящий равномерно прямолинейно без ускорения) сначала останавливается, тормозится. Но если у него хватает энергии пробиться до середины, пройдя середину он теперь разгоняется полем облака, вся забранная у него энергия ему возвращается. И он вылетает с той же скоростью с которой туда влетел.
Еще раз.
Это если нет разгонного потенциала.
Но и в случает наличия разгонного потенциала работа облака будет той же самой.
В итоге наш ион пролетит через сетку с той же Ve с какой бы он пролетел будучи единственным ионом между разгонными электродами..
Если бы это было не так, то объемный заряд отбирал бы  энергию вкачиваемую нами через анод и катод в поток ионов. Но куда эта энергия тогда ВЫХОДИТ?
В виде какого паразитного эффекта?
Если эффекта нет (а он должен быть заметен) то и работы по торможению нет.
То есть. Объемный заряд никак не влияет на разгонный процесс. Он просто запирает, лимитирует ток между анодом и катодом.
НО!
Я не уверен в правильности всех этих своих рассуждений.
Если есть возражения – я буду рад над ними подумать.

Формулы (10)-(14), описывающие силы, действующие на решётки не сключают в себя Qv и Ve. Но, видимо, силы, описываемые этими формулами будут соответствовать меньшим значениям Ve. А вот на сколько меньшим? Это зависит от того, какой вид примет дополненная формула (9).

Да. Я подумал, что силы действующие между анодом и катодом ОСЛАБЛЯЮТСЯ объемным зарядом.
Но я делал оценочные расчеты. В таких расчетах ошибка в худшую сторону (скажем, не учитываются какие-то помогающие нам факторы, тот же объемный заряд) как раз допустима. Если наш двигатель работает (не разрушается) без учета объемного заряда, то с учетом тем более не разрушится.
Я не думаю, что ПОЛОЖИТЕЛЬНОЕ влияние объемного заряда на прижимающую силу анода к катоду будет значительной. Ну допустим сила ослабится в разы. Но не порядки.
Хотя...
Хотя если кто покажет как это все учесть – я  буду только благодарен.

Кстати в любом случае конструкция двигателя должна держать анод от катода без учета объемного заряда. Ведь в момент запуска двигателя сначала подается потенциал, а потом ионное топливо. То есть существует момент, когда объемного заряда пока нет и между сетками будет рассчитанные выше усилия.