Инженерные вопросы межзвездных перелетов

[КотКот]

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

Вообще-то с понятиями либерального гуманизма межзвездное пространство цивилизация не преодолеет... Это НЕОБХОДИМОСТЬ. Неизбежное начальное условие. Как-бы нам это не нравилось....

[КотКот]

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

Вообще-то с понятиями либерального гуманизма межзвездное пространство цивилизация не преодолеет... Это НЕОБХОДИМОСТЬ. Неизбежное начальное условие. Как-бы нам это не нравилось....

Хотя это другая тема
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=9394&start=615 Социально-психологические вопросы межзвёздных перелётов
[/url]

[AACH]

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.

Надо обеспечить очень высокое качество жизни. Один из параметров - возможность не виртуального общения с определенным количеством людей (не меньшим, чем в среднем в обычной жизни). Кроме того большие размеры ПН обределяются значительными рамерами ДУ.      

Будте добры, что есть ПН, и на той же странице -МЭК

[pkl]

... 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.......

И только? А какие-то более серьёзные эмммм... расчёты?

[Иван Моисеев]

Будте добры, что есть ПН, и на той же странице -МЭК

ПН - полезная нагрузка.
МК - межзвездный корабль.
МА - межзвездный аппарат.
ДУ - двигательная установка.
Для ракет
МК (или МА) = ПН + ДУ.

МЭК - скорее всего (на той странице не нашел) Марсианский Экспедиционный Комплекс.

[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.......

И только? А какие-то более серьёзные эмммм... расчёты?

Я собирался посчитать, но так и не собрался. В литературе не встречал.

[poruchik]

.

[poruchik]

По звездолетам можно сформулировать в итоге 4 главных инженерных задачи:
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). Энергоноситель должен быть легко доступен практически в любой части Вселенной и сравнительно легко подготавливаем и заправляем в корабль (или организуем в разгонный ускоритель, создаваемый на месте) силами экипажа и технологиями корабля.
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, при учете необходимого ресурса.
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.

[Иван Моисеев]

С учетом вышевысказанных замечаний, можно поправить первый пункт и убрать пятый.

По звездолетам можно сформулировать в итоге 4 главных инженерных задачи:
....
2.Как обеспечить ее преобразование с максимальным КПД в кинетическую энергию космического корабля.
...
4.Как обеспечить торможение у цели без трагических последствий для корабля и команды, имея лишь минимальные бортовые запасы энергоносителя, рабочего тела и расходуемых конструкций.

Проект, предложивший разумное решение всех 4-х задач может считаться полноценным проектом звездолета.

Максимальный КПД - это 100%? "Вы даете нереальные планы. Это, как его - волюнтаризм".
А "минимальные бортовые запасы" - это в цифрах сколько?

[poruchik]

Максимальный КПД - это 100%? "Вы даете нереальные планы. Это, как его - волюнтаризм".
А "минимальные бортовые запасы" - это в цифрах сколько?

Нет, максимальный, это тот максимальный, которого сможет добиться автор проекта. Естественно 100% и даже 50% там даже рядом стоять не будет.
А минимальные бортовые запасы, это то что останется после разгона на борту(в составе корабля). Ну или более точно перед началом торможения. Их должно хватить на безавариное торможение корабля до минимальной (например орбитальной) скорости.

Моисеев, это не ТЗ, поэтому цифир нет :wink: . Это общая формулировка, считай постановка задачи на НИР. А вот ужо опосля! Когда хоть одно более-менее приемлемое решение просчитается, можно будет и в цифрах, так сказать..

[Иван Моисеев]

Максимальный КПД - это 100%? "Вы даете нереальные планы. Это, как его - волюнтаризм".
А "минимальные бортовые запасы" - это в цифрах сколько?

Нет, максимальный, это тот максимальный, которого сможет добиться автор проекта. Естественно 100% и даже 50% там даже рядом стоять не будет.
А минимальные бортовые запасы, это то что останется после разгона на борту(в составе корабля). Ну или более точно перед началом торможения. Их должно хватить на безавариное торможение корабля до минимальной (например орбитальной) скорости.

А какая польза от КПД? Почему именно за КПД надо бороться, а не, например, за уменьшение стартового веса или сокращение времени перелета?
А почему "то что останется после разгона на борту(в составе корабля)" вы называете "минимальные бортовые запасы", а не "максимальные бортовые запасы" - т.е. то, что удалось добиться?
В любом случае, не думаю, что это надо декларировать. Любой проект предусматривает достижение своей задачи - странно будет выглядеть проект с выходом на орбиту, в котором не предусмотрены механизмы торможения.

[poruchik]

А какая польза от КПД? Почему именно за КПД надо бороться, а не, например, за уменьшение стартового веса или сокращение времени перелета?
А почему "то что останется после разгона на борту(в составе корабля)" вы называете "минимальные бортовые запасы", а не "максимальные бортовые запасы" - т.е. то, что удалось добиться?
В любом случае, не думаю, что это надо декларировать. Любой проект предусматривает достижение своей задачи - странно будет выглядеть проект с выходом на орбиту, в котором не предусмотрены механизмы торможения.

Моисеев, смысл ваших придирок?
Хотите сформулировать задачи по своему? Пожалуйста!  С удовольствием ознакомимся. Хотите уточнить- уточняйте. Я написал так, как мне понятнее и удобнее рассматривать задачу

[Иван Моисеев]

А какая польза от КПД? Почему именно за КПД надо бороться, а не, например, за уменьшение стартового веса или сокращение времени перелета?
А почему "то что останется после разгона на борту(в составе корабля)" вы называете "минимальные бортовые запасы", а не "максимальные бортовые запасы" - т.е. то, что удалось добиться?
В любом случае, не думаю, что это надо декларировать. Любой проект предусматривает достижение своей задачи - странно будет выглядеть проект с выходом на орбиту, в котором не предусмотрены механизмы торможения.

Моисеев, смысл ваших придирок?
Хотите сформулировать задачи по своему? Пожалуйста!  С удовольствием ознакомимся. Хотите уточнить- уточняйте. Я написал так, как мне понятнее и удобнее рассматривать задачу

Это не придирки, это как раз и есть уточнения.
Существует довольно-таки много разных проектов МА и ДУ,
(моя попытка классификации: http://path-2.narod.ru/02/01/glob_q.htm )
у каждого варианта свои задачи и сложности.
Задачи общего характера ("где взять энергию", "как тормозить", "как защититься") - очевидны и имеют разные ответы для разных вариантов.

[poruchik]

Это не придирки, это как раз и есть уточнения.
Существует довольно-таки много разных проектов МА и ДУ,
(моя попытка классификации: http://path-2.narod.ru/02/01/glob_q.htm )
у каждого варианта свои задачи и сложности.
Задачи общего характера ("где взять энергию", "как тормозить", "как защититься") - очевидны и имеют разные ответы для разных вариантов.

Да, я помню вашу классификацию. После этого еще сборник наиболее интересных проектов обещали :wink: , как выяснилось после рюмки.
Именно  о разнообразии вариантов и речь, при том, что общие задачи для всех примерно одинаковые и очевидные. И когда из  этих разных вариантов хоть в одном будут решены все задачи, можно будет говорить о чем то более-менее реальном, о конструкции и инженерной проработке корабля. Я не претендую на оригинальность, просто собрал общепонятные и обсосанные уже в этой ветке моменты в кратком и общем виде.
Посмотел ссылку - интерсесно, вы несколько дополнили классификацию, но все равно скудновато, на форуме обсуждали гораздо больше вариантов.

[Иван Моисеев]

Да, я помню вашу классификацию. После этого еще сборник наиболее интересных проектов обещали :wink: , как выяснилось после рюмки.
Именно  о разнообразии вариантов и речь, при том, что общие задачи для всех примерно одинаковые и очевидные.. И когда из  этих разных вариантов хоть в одном будут решены все задачи, можно будет говорить о чем то более-менее реальном, о конструкции и инженерной проработке корабля.

Помнить мало. Осмысливать надо. В разных аксептах.
Что касается моих обещаний - то я таковых не помню. Да и "после рюмки" это очень неопределенный срок.
Решить все задачи не удастся никогда - даже к моменту старта межзвездного аппарата.
Дублирую: "Вы даете нереальные планы. Это, как его - волюнтаризм".

[poruchik]

Помнить мало. Осмысливать надо. В разных аксептах.
Что касается моих обещаний - то я таковых не помню. Да и "после рюмки" это очень неопределенный срок.
Решить все задачи не удастся никогда - даже к моменту старта межзвездного аппарата.
Дублирую: "Вы даете нереальные планы. Это, как его - волюнтаризм".

Вы сказали, что если обещал, то явно после рюмки :lol: .
Насчет решить все задачи - поживем увидим. Если доживем.

[Дем]

Пришла в голову идея.
Ставим на корабль парус, в космосе размещаем ЭМ-ускорители металлической пыли и лупим ей в парус
Она частично прилипает к парусу и во время полёта используется как щит (можно сложить в несколько слоёв)
В идеале - по прилёту используется как рабочее тело для торможения.

[poruchik]

Пришла в голову идея.
Ставим на корабль парус, в космосе размещаем ЭМ-ускорители металлической пыли и лупим ей в парус
Она частично прилипает к парусу и во время полёта используется как щит (можно сложить в несколько слоёв)
В идеале - по прилёту используется как рабочее тело для торможения.

Дем, укажи источник энергии нужного порядка.

Вобще для первых вариантов звездолетов наверное наиболее оптимальным будет комбинированный разгон - сначала, докуда возможно активный разгон (типа паруса, с подсветкой лазером, пучком частиц макро или микро), далее некоторый участок реактивный, возможно с элементами прямоточки. Затем чисто реактивный. С точки зрения КПД преобразования это даст возможность минимизировать бортовые запасы топлива и понизить требования к Мн/Мк, поскольку судя по в основном экзотическим проектам ДУ, масса ДУ будет и так составлять значительную часть Мк.
Защита на курсе электромагнитными полями (видимо постоянными, чтобы не тратить лишнюю энергию на подпитку электромагнитов) с вынесенным вперед по курсу "пылевиком" и ионизатором для первичного отклонения мелких объектов и создания защитной завесы. Для торможения пока кроме тех же электромагнитов ничего предложено вроде не было.
Основная проблема распространенный и общедоступный источник энергии и способ его преобразования. По большому счету даже термоядерного до сих пор нет - даже в бомбах реакция запускается с плутония и идет с очень низким КПД.

[Alex_Semenov]

Йо-йо, вы еще здесь?

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.[/size]

(выделения в последнем абзаце – мои)

Вы ЧТО здесь оптимизируете?
Массу?
Так и коню понятно, что минимальная стартовая массы будет при максимально возможной скорости  истечения. То есть скорости света.
Никакого минимума по массе нет.
Согласен.
Это не только в теории относительности, но и в классической ф. Циолковского ясно.
Но!
Еще раз.
Мы (я) оптимизируем не количество топлива (реактивной массы, рабочего тела) на 1 кг пустой ракеты, а именно количество энергии. Мы минимизируем количество необходимй энергии для разгона 1 кг пустой ракеты до заданной скорости полета V.
И здесь минимум E/m = f(V/U) есть. Что в классической, что в релятивистской механике.
Разумеется, такой оптимум потребует куда большей стартовой массы ракеты.
Расплата неизбежна.Но! Энергия для звездолета куда более критичный параметр чем стартовая масса.  
Это для стартующей с  Земли ракеты стартовая масса – очень критично. Ибо эту массу надо оторвать от стартового стола.
Но если мы стартуем с околосолнечной орбиты, то начальная масса нас волнует МЕНЬШЕ чем экономия энергии. Ибо энергии для  очень быстрого полета надо ну очень много. И это "много" куда дороже массы (наверняка бросового водорода). Значит, если есть возможность разменять энергию на массу (сэкономить первое за счет перерасхода второго) то надо менять!
Об этом и песня!

Я тут по случаю исследовал и релятивистскую картину. Проигрался на умклайдете первого рода...
Excel не маткад конечно...
Его некоторые чудеса заставить сделать – надо научить. Но мы то программисты!
Пришлось вспомнить методы поиска экстремума методом половинного деления...
Получилось как всегда просто и круто.
За что волшебную палочку первого рода и люблю...

Картина в релятивистской механике сложней.
Но красивая.
Глубокая...
Сейчас попробую выложить отчет о проделанной работе.

[Alex_Semenov]

{Скип}
Когда я посмотрел на эту функцию, то мне как-то расхотелось ее дифференцировать. Возможно я и не прав... Но здесь произведение двух функций одна из которых сложная. Я получу многоэтажное уравнение, которые возможно выльется в кубическое... В общем я ЛЕНТЯЙ удовлетворился графиком.

Пусть за нас посчитает mathcad.
Вообщем то как видите минимум функции найден и он равен:  u=0,628v
Вот только график Алекса пока повторить не удается, но дело времени.
Неплохо бы было на графике получить две кривые классическую и релятивистскую, так сказать наглядно сравнить.

Ага! Спасибо!
Стыдно признаться, но не владею маткадом. Не было повода самостоятельно засесть за изучение. Как-то имеющихся средств всегда "по жизни" хватало.
Только на этом форуме я  всего второй раз и сожалею о том, что маткадом не владею.
Первый раз, когда Alex_V выдал мне горсть очень ценных формул с комплексными числами. А комплексная арифметика в Excel ведь не предусмотрена! Пришлось руками писать пользовательские функции.

Теперь вот второй случай. Найти более-менее точно минимум функции. Задача облегчается тем, что нам по графику ясно, что минимум один.  И мы можем очень четко найти интервал. Автоматически.
Берем табличный минимум и берем значения справа и слева от него.
Минимум в этом диапазоне.
Теперь его надо найти точно.
Я вспомнить молодость. Прикладную математику.
Знаете метод поиска минимума (или максимума) функции методом половинного деления на заданном интервале?
http://www.machinelearning.ru/wiki/index.php?title=Методы дихотомии

Есть интервал от А до В. На нем есть минимум. Делим интервал пополам. Получаем точку x. Вычисляем F(A), F(B) F(x). Смотрим  где разница в  значения функции меньше на интервале Ax или xB? Если слева от х, то B присваиваем значение x (А оставляем прежним). Если справа, то A:=x (В оставляем прежним). Теперь все повторяем. Пока результат (значение минимума) нас не будет удовлетворить.



Это как ловить льва  в Африке. Делим Африку пополам забором и смотрим где оказался лев. Ту часть где лев оказался, делим пополам и опять смотрим. И так, пока Лев не окажется в клетке 2 на 2 метра.


Что я получил для классической механики? То есть вот тут:



На 27 итерации минимум составил 0,627500492

Ваше решение в   маткаде дает, видимо лучший результат:  

1/1,59362426004004 = 0,6275004874580

Но ясно, что 0,6275 – более чем достаточная точность. Ибо дальше два нуля.