Инженерные вопросы межзвездных перелетов

[AACH]

Вот тот самый график Алекса:

[JoJo]

На 1 кг полезной нагрузки вам нужно затратить e^(V/U)-1 кг ракетной массы. По Циалковскому.

А давайте попробуем строго по Ейнштейну.

Исходные формулы и допущения:
Полная энергия E=mccГ где Г=(1-vv/cc)^-1/2 – релятивистский множитель.
Кинетическая энергия Екин=Е-Ео= mcc(Г-1).
Импульс не-фотонов (одномерный) p= mvГ. Импульс фотонов p=Е/с
Тяга F=dp/dt.
Горючее и рабочее тело – с собой, энергию получаем из горючего по Е=мсс с кпд=1

Для фотонов:
Тяга F=dp/dt=1/c(dE/dt)=c(dm/dt), т.е. расход массы будет dm/dt=F/c.

Для не-фотонов чуть посложнее:
Считаем скорость истечения раб. тела v постоянной.
Тогда тяга F=dp/dt=vГ(dMрт/dt) (1)
Кин. энергию на разгон раб. тела получаем из внутр. энергии горючего:
ссМрт(Г-1)=ссМг ,
т.е. на разгон массы раб. тела Мрт нужна доп. масса горючего Мг=Мрт(Г-1)
Тогда полный расход массы будет:
dm/dt=dМрт/dt+dМг/dt= dМрт/dt(1+Г-1)=Г*dМрт/dt
подставляя из (1) получаем:
dm/dt=FГ/vГ=F/v
Само собой, v не может превышать с.

Получается при прочих равных, что для фотонной тяги расход массы минимален. И никаких экстремумов не наблюдается.

[zenixt]

А если совсем просто - разгон порциями термоядерного топлива, которое накапливается на корабле для последующего торможения ракетным двигателем?

На этапе ускорения, я так понимаю? Что ж сократит стартовую массу корабля по сравнению с массой к началу торможения раз в 10. Тоже неплохо. Но хоцца еще лучше.

Я купился. Ничего не выйдет, потому что корабль мы разгоняем до 150 000 км/сек, а термоядерным топливом затормозим его, в лучшем случае на 30 000 км/сек.  :?

[zenixt]

На самом деле задача с торможением пушкой решается просто. Но для начала определимся с начальными условиями.
 Если мы собираемся запустить корабль в ближайшие 50 лет, то это однозначно атомный взрыволет, который будет лететь к ближайшей звезде тысячи лет.
 Если мы надеемся в ближайшие десятилетия открыть способ подрыва термоядерной таблетки, то это термоядерный корабль, который будет лететь до ближайшей звезды 150 лет. Надежды на старт - в конце столетия.
 Если мы надеемся в ближайшие десятилетия открыть приемлемый способ массового производства металлической анти-материи (анти-литий), то надежды на старт - примерно в середине следующего столетия, так как это потребует некоторого освоения солнечной системы.
 Если мы отбросим эти надежды, первый способ окажется неконкурентен с электромагнитной пушкой.
 Исходные условия тогда таковы. Время старта не имеет значения. Цель полета - колонизация. Необходимо в течение 20-40 лет доставить к одной из звезд в радиусе 10 световых лет партию яйцеклеток и вырастить из них людей.
 Предполагаем, что солнечная система уже освоена. Тогда строим первый блок электромагнитной пушки длиной в 300 000 км где-то около Урана и начинаем трассировать путь к нужной звезде килограммовыми химическими зарядами, летящими со скоростью 10 000 км/сек.
 Затем завершаем строительство пушки, длина которой составит 60 млн. км. и отправляем корабль. Ускорение в пушке я принял примерно равным ускорению пули в стволе. Если это ускорение можно сделать больше, длину пушки можно уменьшить.
 Ускоряем корабль вышеописанным способом до 150 000 км/сек. Время пуска подбирается так, чтобы корабль затормозился на трассе из зарядов у самой системы звезды.
 При массовых запусках к звездам такой способ разгона-торможения может оказаться вне конкуренции.

[КотКот]

Страниц ..дцать  назад это уже обсуждалось. Двадцать тысяч лет однако.....

[Иван Моисеев]

На самом деле задача с торможением пушкой решается просто. Но для начала определимся с начальными условиями.
 Если мы собираемся запустить корабль в ближайшие 50 лет, то это однозначно атомный взрыволет, который будет лететь к ближайшей звезде тысячи лет.
 Если мы надеемся в ближайшие десятилетия открыть способ подрыва термоядерной таблетки, то это термоядерный корабль, который будет лететь до ближайшей звезды 150 лет. Надежды на старт - в конце столетия.
 Если мы надеемся в ближайшие десятилетия открыть приемлемый способ массового производства металлической анти-материи (анти-литий), то надежды на старт - примерно в середине следующего столетия, так как это потребует некоторого освоения солнечной системы.
 Если мы отбросим эти надежды, первый способ окажется неконкурентен с электромагнитной пушкой.
 Исходные условия тогда таковы. Время старта не имеет значения. Цель полета - колонизация. Необходимо в течение 20-40 лет доставить к одной из звезд в радиусе 10 световых лет партию яйцеклеток и вырастить из них людей.
 Предполагаем, что солнечная система уже освоена. Тогда строим первый блок электромагнитной пушки длиной в 300 000 км где-то около Урана и начинаем трассировать путь к нужной звезде килограммовыми химическими зарядами, летящими со скоростью 10 000 км/сек.
 Затем завершаем строительство пушки, длина которой составит 60 млн. км. и отправляем корабль. Ускорение в пушке я принял примерно равным ускорению пули в стволе. Если это ускорение можно сделать больше, длину пушки можно уменьшить.
 Ускоряем корабль вышеописанным способом до 150 000 км/сек. Время пуска подбирается так, чтобы корабль затормозился на трассе из зарядов у самой системы звезды.
 При массовых запусках к звездам такой способ разгона-торможения может оказаться вне конкуренции.

Подход, конечно спорный, но имеет право быть, IMHO.
Я бы что мог посоветовать - напишите сценарий проекта, а потом оснащайте его числовыми оценками.
Но, заметьте - скорость 0,5 - очень высокая. Учитывая время строительства пушки (должно быть в сценарии) ее можно снижать...

[zenixt]

Страниц ..дцать  назад это уже обсуждалось. Двадцать тысяч лет однако.....

Все, что имел по теме сказать, сказал. В детали вдаваться не собираюсь, поскольку очень отдаленная это перспектива, если человечество не поменяет установки, и в Европе не начнется бум рождаемости.
 Я предполагал, был уверен, что не один я такой умный.  Больше я сюда не ходок, если не прорежется какая-нить ценная идея.
 О, кстати, как быстро переходить на страницы посреди?

[hecata]

О, кстати, как быстро переходить на страницы посреди?

Ссылка на эту страницу (214-ую) имеет вид.

http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=7529&postdays=0&postorder=asc&start=3195

Последнее число - это с какого сообщения начинать страницу. В странице 15 сообщений, значит что бы попасть на 101 надо последнее число подставить 1500

http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=7529&postdays=0&postorder=asc&start=1500

[AACH]

Иван Моисеев, дайте пожалуйста расшифровку местных абревиатур.
Например КП-корабль поколений и т.д., был бы очень признателен.
На 106 стр., например упоминается некий ИГ. и т.д.
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=7529&postdays=0&postorder=asc&start=1575

[Иван Моисеев]

Иван Моисеев, дайте пожалуйста расшифровку местных абревиатур.
Например КП-корабль поколений и т.д., был бы очень признателен.
На 106 стр., например упоминается некий ИГ. и т.д.
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=7529&postdays=0&postorder=asc&start=1575

Вообще-то такой список надо просто сделать. Может быть совместными усилиями, как в топике по космическим аббревиатурам вообще?
Вот для начала:
ИГ - искусственная гравитация (БИГ - блок искусственной гравитации).
МП - межзвездный перелет.
ЛТЯРД - лазерный термоядерный ракетный двигатель.
ИЯРД - импульсный ядерный ракетный двигатель (типа "Орион").
ИТЯРД - импульсный термоядерный ракетный двигатель.
ГКИ - галактическое космическое излучение.

[pkl]

... разгон порциями термоядерного топлива, которое накапливается на корабле для последующего торможения ракетным двигателем?

До чего же красивая идея! А оценки её реальности проводились?

[poruchik]

На 1 кг полезной нагрузки вам нужно затратить e^(V/U)-1 кг ракетной массы. По Циалковскому.

А давайте попробуем строго по Ейнштейну.

Исходные формулы и допущения:
Полная энергия E=mccГ где Г=(1-vv/cc)^-1/2 – релятивистский множитель.
Кинетическая энергия Екин=Е-Ео= mcc(Г-1).
Импульс не-фотонов (одномерный) p= mvГ. Импульс фотонов p=Е/с
Тяга F=dp/dt.
Горючее и рабочее тело – с собой, энергию получаем из горючего по Е=мсс с кпд=1

Для фотонов:
Тяга F=dp/dt=1/c(dE/dt)=c(dm/dt), т.е. расход массы будет dm/dt=F/c.

Для не-фотонов чуть посложнее:
Считаем скорость истечения раб. тела v постоянной.
Тогда тяга F=dp/dt=vГ(dMрт/dt) (1)
Кин. энергию на разгон раб. тела получаем из внутр. энергии горючего:
ссМрт(Г-1)=ссМг ,
т.е. на разгон массы раб. тела Мрт нужна доп. масса горючего Мг=Мрт(Г-1)
Тогда полный расход массы будет:
dm/dt=dМрт/dt+dМг/dt= dМрт/dt(1+Г-1)=Г*dМрт/dt
подставляя из (1) получаем:
dm/dt=FГ/vГ=F/v
Само собой, v не может превышать с.

Получается при прочих равных, что для фотонной тяги расход массы минимален. И никаких экстремумов не наблюдается.

Вобще говоря формула Циолковского, из которой получается максимум КПД при примерно Мн/Мк=5, всего лишь единичный частный случай более общей задачи. Это старый вывод и КПД при 5 равен 0,64. Но это для равномерного истечения с постоянным удельным импульсом. Можно показать и посчитать режимы, когда КПД будет больше 0,64. Например неравномерного по траектории отбрасывания массы с изменяемой скоростью истечения(как вариант комбинация МГД-генератора и плазмотрона или ионника). Для фотонного движка максимум КПД равен 0,5 - это по законам сохранения. Почему  у фотонного КПД казалось бы меньше, чем у обычного? В фотонном рабочее тело - самый эффективный энергоноситель, в остальных оно менее эффективный и если пересчитать "неэффективно" используемую массу рабочего тела нефотонного движка, то КПД получится вобще мизерный. У фотонного КПД максимальный из возможных, но энергоноситель уж больно экзотический.

По звездолетам можно сформулировать в итоге несколько главных инженерных проблем(задач):
1.Где взять энергию (соответственно ее носитель, аккумулятор), необходимую для полета. Порядка 10^22...10^24Дж(это при КПД близком к 1, при реальном КПД порядок выше).
2.Как обеспечить ее преобразование с максимальным КПД в кинетическую энергию космического корабля. При этом добиться при используемых энергоносителях и энергопробразователях нужного  соотношения Мн/Мк.
3.Как обеспечить защиту корабля при полете на околосветовых скоростях от, скажем так, лобового сопротивления и объектов на курсе,которые в итоге могут привести к разрушению конструкции.
4.Как обеспечить торможение у цели без трагических последствий для корабля и команды, имея лишь минимальные бортовые запасы энергоносителя, рабочего тела и расходуемых конструкций.
5.Для пилотируемого полета - как обеспечить полет назад, соответственно первые 4пункта + неопределенность в подготовке обратного старта на месте ТАМ (или заранее предусмотренный запас на обратный путь) .  

Проблемы жизнеобеспечения экипажа условно считаем решенными.

[Иван Моисеев]

5.Для пилотируемого полета - как обеспечить полет назад, соответственно первые 4пункта + неопределенность в подготовке обратного старта на месте ТАМ (или заранее предусмотренный запас на обратный путь) .  

А назад-то зачем?
Лекции читать? Можно и по радио.
Получить Звезды Герое? Подошлют грузовиком.

[poruchik]

А назад-то зачем?
Лекции читать? Можно и по радио.
Получить Звезды Герое? Подошлют грузовиком.

Затем, что нормальный пилотируемый полет никак не подразумевает камикадзе на борту. К тому же задача шире - после одного пункта пназначения возможен полет в другой, третий.

[RDA]

А назад-то зачем?
Лекции читать? Можно и по радио.
Получить Звезды Герое? Подошлют грузовиком.

Затем, что нормальный пилотируемый полет никак не подразумевает камикадзе на борту. К тому же задача шире - после одного пункта назначения возможен полет в другой, третий.

Затем, что единственный тип межзвездного пилотируемого корабля, имеющий достаточную мотивацию для своего создания – это колонизационный корабль. Возвращать который нет ни малейшего смысла.
А "продолжение банкета" состоится после того, как индустрия новой колонии дорастет до возможности создания новых межзвездных кораблей.

[КотКот]

... разгон порциями термоядерного топлива, которое накапливается на корабле для последующего торможения ракетным двигателем?

До чего же красивая идея! А оценки её реальности проводились?

У Александра Казанцева в одним из романов использовались грузовики для поставки разгонного и тормозного топлива. На обратном пути опаздали на три минуты.......

[Иван Моисеев]

А назад-то зачем?
Лекции читать? Можно и по радио.
Получить Звезды Герое? Подошлют грузовиком.

Затем, что нормальный пилотируемый полет никак не подразумевает камикадзе на борту. К тому же задача шире - после одного пункта назначения возможен полет в другой, третий.

Затем, что единственный тип межзвездного пилотируемого корабля, имеющий достаточную мотивацию для своего создания – это колонизационный корабль. Возвращать который нет ни малейшего смысла.
А "продолжение банкета" состоится после того, как индустрия новой колонии дорастет до возможности создания новых межзвездных кораблей.

Период времени до "продолжение банкета" может быть небольшим. Достаточно с использованием местных ресурсов модернизировать и "заправить" те корабли, на которых прилетели. Для этого не нужна индустрия сверх той, что уже имеется на кораблях.

[Иван Моисеев]

... разгон порциями термоядерного топлива, которое накапливается на корабле для последующего торможения ракетным двигателем?

До чего же красивая идея! А оценки её реальности проводились?

У Александра Казанцева в одним из романов использовались грузовики для поставки разгонного и тормозного топлива. На обратном пути опаздали на три минуты.......

Не вспомните, как назывался роман?

[КотКот]

«Сильнее времени»  1973 года...

[poruchik]

Затем, что единственный тип межзвездного пилотируемого корабля, имеющий достаточную мотивацию для своего создания – это колонизационный корабль. Возвращать который нет ни малейшего смысла.
А "продолжение банкета" состоится после того, как индустрия новой колонии дорастет до возможности создания новых межзвездных кораблей.

RDA не решай за других, решай за себя. Тут много желающих отправить поколения куда подальше. Вопрос в том согласятся ли они на это. Если RDA готов лететь в железной банке в неизвестность без малейшего шанса на возврат, то это его личное дело. А за остальных, тем более будущих говорить не надо. Зомби и камикадзе, готовых сдохнуть по первому приказу  туда вряд ли отправят