Инженерные вопросы межзвездных перелетов

[Дмитрий В.]

Интересно, джентльмены, а почему вы не пользуетесь ёкселовской опцией "поиск решения" :shock:

[Alex_Semenov]

Интересно, джентльмены, а почему вы не пользуетесь ёкселовской опцией "поиск решения" :shock:

Честно говоря, в силу дурного воспитания...
Если бы я Excel как юзер изучал ДО того как изучил с пол десятка языков программирования... то может быть терпения и хватило дойти до таких ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИХ опция. Но изучив некий ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ минимум, я понял что этого достаточно для всего чего душе угодно...
 :oops:
Вы удивитесь, как легко реализуется алгоритм половинного деления в простой таблице набором примитивнейших операторов и функций!
В строчку вы выписывает A, B, (A+B)/2 (то есть x), далее вычисляете f ( от всех этих аргументов) потом считаете интервалы Abs(f(A)-f(x)), Abs(f(B)-f(x)) и все. Следующая строка - следующая итерация. Это копия верхней строки но новое значение A и В теперь не руками вбиваем, а вычисляем в зависимости от того что получилось на конце предыдущей строки. То есть две простеньких функции "Если".
Если на правом интервале прирост функции меньше чем на левом в качестве A берем x в верхней строчке. Нет? - берем А в верхней строчке из А. То же самое проделываем и с В, только наоборот.
Все.
Есть две строки.
"Тянем" копию последней строчки вниз и получаем чудо.
Какой еще поиск решений?
В чем прелесть такого кустарного подхода?
В чем эстетизм и поучительная мораль?
Все своими же руками и умом!
Из элементарных кирпичей...
Как говорится, топором мебель-с... Хакинг у бритов  называлось...
:twisted:

[Alex_Semenov]

Разработав метод достаточно точного поиска минимума функции, грех было его не применить к релятивистскому случаю...
Прежде всего.
Как считать энергозатраты для релятивистской ракеты?
Да так же.
Но брать релятивистские и энергию и уравнение Циалковского.

Кинетическая энергия отбрастываемого топлива вместо простенького mv^2/2 вычисляется теперь правильно:



А количество этих самых киолограмм топлива на 1 кг пустой ракеты  вычисляется по формуле ракеты но с  релятивистским обобщением:



В итоге мы получаем вот такую кривую, очень похожую на классическую.



Минимум тоже имеется.
Обратите внимание:

1 кривая построена для скорости полета V=0.5с!

2 удельные энерозатраты на этой скорости в релятивистском случае будут БОЛЬШЕ чем в случае классической ракеты.

3  Экстремумы не совпадают на оси аргумента...

Последнее настораживает. Ясно, что при малых скоростях экстремум классический функции НЕОТЛИЧИМ от экстремума релятивистского. Ясно, что классический минимум никак не зависит от v – скорости ракеты. Но в случае более точной физики – это не так.
А как?
Я построил семейство релятивистских кривых для разных  v/c с шагом 0.05с (на концах еще точней) и для каждой точно (методом половинного деления) нашел энергетический минимум  и максимальный энергетический КПД движетеля в этом минимуме.
Получилась вот такая красивая картинка:



Синим – это график изменения энергетического максимума на шкале u/v  в зависимости от конечной скорости корабля v (v/c). До 0.1с, как и следовало ожидать, все это неотличимо от классического отношения u/v 0,6275 (u – скорость истечения, v – скорость полета ракеты) и КПД двиЖителя при этом 64,76%. Но по мере приближения к скорости света экстремальное отношение u/v сначала снижается до 0.61, а потом очень быстро ползет вверх к асимптоте v=c...
Чего и следовало ожидать...
То есть, минимум сначала стоял на месте, потом чуть отполз назад, а потом быстро начал сдвигается к скорости ракеты. Видимо в пределе (при скорости v = света он неотличим от v).
Что с максимальным КПД? То есть с лучшим отношением конечной энергии к затраченной?
В области влияния релятивистских эффектов этот показатель постепенно и неуклонно ухудшается от классического. Так для конечной скорости 0.5с энергетический оптимум будет при скорости истечения рабочей массы u=0,61*v=0,61*0,5=0.306c (синяя линия)  составит уже  61.1%  (красная линия)
По мере приближения конечной скорости корабля к скорости света максимальная эффективность все круче и круче падает. На скорости 0.99с лучшая из возможных энергетических эффективностей 35.99% при постоянной скорости истечения 0.99*0,7462=0,739с.
То есть энергетическая эффективность ракетного движителя становится все хуже и хуже.

[Alex_Semenov]

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).

Я писал и о таком варианте. Здесь вот:
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?p=627172#627172

В идеале ракетный двиЖитель может иметь сколь угодно близкий к 1 КПД.
Расплатой за это будет значительная стартовая масса.
Очаровательным в этом случае является тот факт, что считается такая ракета по простой формуле сохранения импульса.
Релятивистская ракета от классической отличается лишь тем, что по-разному считается конечная кинетическая энергия пустого корабля.

Для фотонного движка максимум КПД равен 0,5 - это по законам сохранения.

Почему же? И для какой скорости?
Вообще говоря, как мне чудится (ощущается) фотонная ракета не должна в итоге отличатся по эффективности от светового паруса.

Я не поленился  выхватить из pdf-ника что у меня валяется график от Маркса (1966-й, кажется, год):



Кстати, вспомнилось, что в недоступной мне статье Маркса
( Marx G. (1966). Interstellar vehicle propelled by terrestrial laser beam. Nature 211, 22–23) Кто-то обнаружил ошибку и исправил (в комментарии к ней, кажется). Так что, этот график может быть не вполне адекватным.

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.

Насколько я понимаю, миф о максимальной энергетической эффективности фотонной ракеты возник в связи с РЕЛЯТИВИСТСКИМ звездолетом Зенгера. Звездолетом, который движется с постоянным ускорением 1g пол пути и пол пути тормозит.
Разумеется, ни о какой ракете тут речи идти не могло.
Только прямоточка.
Вот как видался такой корабль в 1960-м.



Подпись:
Межзвездный корабль с фотонно-прямоточными двигателями.
К.А. ГИЛЬЗИН
"Путешествие к далеким мирам"
http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/gilzin/putesh60/01.html
Помню эту книгу в школьной библиотеке.

Кстати заслуга Бассарда лишь в том, что он заменил гипотетический конвертор материи в фотоны более реалистичным (хотя все равно крайне гипотетическим) термоядерным реактором, в котором горит водород в гелий.
Идея прямоточного звездолета, как мы понимаем, витала в 50-х в воздухе. Бассард, Бурдаков - они только ее подхватили.

Кстати, идея Зенгера куда ближе теперь к реализации, чем идея Бассарда. Скорей мы научимся строить микро-черные дыры которые и станут теми самыми волшебными конверторами, чем мы научимся эффективно и быстро жечь протий (водород) в гелий.

Но как по мне - все это корабли куда более далекого будущего. Для полета на край вселенной или времени. Для межгалактических бросков. Для сверхчеловеческих задач.
Но не для полета к ближайшим звездам.
К ближайшим звездам надо летать с минимальным релятивистским эффектом, как мы все теперь видим из приведенных мною графиков.

[Alex_Semenov]

Последняя на сегодня запись...

Никак сейчас не могу найти кто задавал такой вопрос...
А может этом мне почудилось?
Ну не важно.
Смысл проблемы вот в чем.
Как учтен в правильной формуле Циолковского (релятивистской) дефект массы?
То есть в ракете помимо ракетной массы мы запасаемся и топливом, ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕМ, который по E=mc^2 превращается в энергию, которая превращается в скорость отбрасываемой массы...
И эта масса (энергоносителя) вроде получается и не отбрасывается. Она просто расходуется... Как бы в никуда.
Пока мы летаем на малых скоростях, то этот дефект настолько незначителен что им можно пренебречь. Но на заметных скоростях его выкидывать уже нельзя...
Верно?
Так вот.
Насколько я понимаю, если правильно (по Эйнштейну) считать и кинетическую энергию отбрасываемой массы и уравнение ракеты, то никакой поправки на дефект массы не надо.
Ибо вся релятивистская динамика на том и построена, что масса и энергия в ней эквивалентны по сути. Если вы разогнали 1 кг до скорости 0.5с и при этом вы потратили ~0.15% от исходного килограмма на энергию для разгона оставшихся 0.85 кг покоя, то вы в итоге получите релятивистский прирост этой массы на те же ~0.15% и в итоге получите тот же 1 кг в эквиваленте.
Поэтому в правильная  формула Циолковского для простой ракеты (где u- скорость истечения):

Mн/Mк = [(c+v)/(c-v)]^[с/(2u)]

уже учитывает эту "потерю".
И если u=c то в итоге мы "плавно" и получим:

Mн/Mк = Корень[(c+v)/(c-v)]

формулу для фотонной ракеты, которая ВРОДЕ КАК не отбрасывает никакой массы (покоя) а только "чистую" энергию. Свет.
То есть используя для расчета классическую механику мы имеем своего рода парадокс с недостающей массой.
Здесь же (в релятивистской) его не существует.
Кстати скорость истечения для идеального преобразователя:

u/с=Корень[k(2-k)]

Где k – часть материи, преобразованной в энергию. Дефект массы в двигателе.
То есть:

Mн/Mк = [(c+v)/(c-v)]^[с/(2 Корень[k(2-k)])]

В общем, как я понимаю (но могу ошибаться) никак этот дефект массы учитывать не надо.
Там все уже учтено.
НО!
Это все – идеальный случай.
Рассчитывать постепенно "вытекающую" "в никуда" с борта нашего звездолета массу все равно надо уметь.

Ведь в реальном, скажем, анигиляционном реакторе не вся энергия превращается в энергию реактивной струи. При аннигиляции, например, рождается заметный процент нейтральных пи-мезонов, которые улетают во все стороны из зоны реакции  не поделившись с рабочим  телом своей колоссальной энергией. Магнитное поле зеркала их тоже поймать не может (вообще вся эта хрень и нейтральные и заряженные мезоны очень быстро превращается в очень жесткое гамма и нейтрино, что вообще бесполезно ловить). Обязательно заметная  часть массы (и энергии если совсем точно массы-энергии) энергоносителя улетает в никуда!
Это просто плата несовершенству процесса... Энтропии.
То есть помимо расхода ракетной массы (и убыли массы по случаю превращения той в энергию ракетной струи) есть просто паразитная ПОСТЕПЕННАЯ убыль массы. Зная ее долю (скажем 0.05) от всей израсходованной массы, как с учетом и этого посчитать необходимый запас топлива по правильной ф. Циолковского?

ЕСТЬ ИДЕИ?

[poruchik]

Для фотонного движка максимум КПД равен 0,5 - это по законам сохранения.

Почему же? И для какой скорости?
Вообще говоря, как мне чудится (ощущается) фотонная ракета не должна в итоге отличатся по эффективности от светового паруса.

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.

Насколько я понимаю, миф о максимальной энергетической эффективности фотонной ракеты возник в связи с РЕЛЯТИВИСТСКИМ звездолетом Зенгера. Звездолетом, который движется с постоянным ускорением 1g пол пути и пол пути тормозит.
Разумеется, ни о какой ракете тут речи идти не могло.
Только прямоточка.

Алекс, для фотонного разгонника. Берем крайний случай - разгон происходит за один импульс, т.е. все топливо сжигается на одном месте. Если условно считать, что излучение уйдет только вперед и назад,  то КПД более 0,5 получить физически невозможно(закон сохранения импульса). Теперь разгоняем ракету постепенно. Допустим в конце разгона имеем тот же световой фантом(вместо ракеты), летящий со скоростью света. Он также не может иметь энергию, большую половины первоначально располагаемой(тот же закон сохранения). Если вы считаете по другому - предложите вариант нарушения закона сохранения импульса. Если ракета после разгона имеет массу, значит максимум половина первоначальной фотонной энергии было переведено ракетой в кинетическую энергию, вторая половина улетла назад в процессе разгона. Но с учетом того, что оставшаяся конечная масса корабля в реальности воспримет не всю эту половину первоначальной энергии, а будет иметь значительные потери, то КПД будет значительно хуже 0,5.

[tagus]

К ближайшим звездам надо летать с минимальным релятивистским эффектом

А надо ли к ближайшим?

 Если пристально по сторонам оглянуться, то кроме Альфы Центавра (потому как близко и аборигены синие), да может еще (от нечего делать) Тау Кита с Эпсилонами Эридана и Индейца и летать-то особо некуда.

[Макар]

Все верно, КПД более 50% быть не может, но столку, сбивает возможность расчета КПД корабля летящего со скоростью близкой к С для внешнего наблюдателя.
Т.е. корабль летит с С, и рабочее тело вылетает с С, но относительно корабля оно не может лететь с 2С, т. е оно вероятней всего остается на месте. Вот здесь и возникает возможность теоретического увеличения КПД до 100%.
Хотя на корабле это не заметят.

[Alex_Semenov]

Алекс, для фотонного разгонника. Берем крайний случай - разгон происходит за один импульс, т.е. все топливо сжигается на одном месте. Если условно считать, что излучение уйдет только вперед и назад,  то КПД более 0,5 получить физически невозможно(закон сохранения импульса).

Гм... пока не посчитал сам реальный КПД по всем правилам, вам не поверил...

А ведь действительно!
В начале был 0. Вспышка и в одну сторону летит поток фотонов со скоростью света, а в другую "бестелесный фантом" тоже почти со скоростью света почти с 0 массой. Пустая ракета. При делении импулса почти поровну почти поровну поделится и энергия.
Все верно.
То есть 50%  - идеал к которому  фотонная ракета бесконечно будет приближаться.

Теперь разгоняем ракету постепенно. Допустим в конце разгона имеем тот же световой фантом(вместо ракеты), летящий со скоростью света. Он также не может иметь энергию, большую половины первоначально располагаемой(тот же закон сохранения).

Все верно. Ракета постепенно выжигающая топливо гарантированно хуже ракеты, мгновенно отбросившей всю рабочую массу. То есть любая реальная фотонная ракета будет только приближаться к идеальным 50% выше.

Если вы считаете по другому - предложите вариант нарушения закона сохранения импульса. Если ракета после разгона имеет массу, значит максимум половина первоначальной фотонной энергии было переведено ракетой в кинетическую энергию, вторая половина улетла назад в процессе разгона. Но с учетом того, что оставшаяся конечная масса корабля в реальности воспримет не всю эту половину первоначальной энергии, а будет иметь значительные потери, то КПД будет значительно хуже 0,5.

Все верно.
Я посчитаю КПД идеальной фотонной ракеты, так как надо правильно считать.
Все очень просто. Хотя и сложней рассуждений выше.
Релятивистская формула Циолковского:

Mt = m0*[(с+v)/(c-v)]^(c/2u)-1]

m0=1 (мы считаем все на 1 кг пустой ракеты). И еще. u = c
в итоге:

Mt = корень[(с+v)/(c-v)]-1

Отсюда энергия сообщенная топливу (лучу):

A=Eзатр.= Mt*c^2 = c^2*{корень[(с+v)/(c-v)]-1}

Полезная энергия 1 кг пустой ракеты: E=с^2*[1/корень(1-v^2/c^2) -1 ] (m0=1!)

КПД фотонолета: E/A=(1/корень(1-v^2/c^2) -1))/ (корень[(с+v)/(с-v)]-1)

Копируйте вот  эту форулу в ячейку B1:

=(1/КОРЕНЬ(1-A1^2) -1)/(КОРЕНЬ((1+A1)/(1-A1))-1)

Начиная с ячейки A1 вниз пишите:

0,0000000001
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0,95
0,9999
0,99999999999

Протяните формулу из B1 вниз и  стройте  по этому блоку график (называется в Excel-e "точечная") .
Все сходится?

А как быть с парусом?
Гм...
КПД паруса в идеале стремится не к 0.5, а именно к 1... И тоже (смотрим график Маркса) почти линейно "по диагонали"...
То есть парус однозначно в два раза лучше фотонной ракеты.
В чем тут фишка?
Можно придумать столь же простую схему?
Гм...
Если использовать ваш "бестелесный фантом" то вот что получается. Бестелесный парус мгновенно разгоняется до почти скорости света и летит почти вместе с лучем забирая всю его энергию. Впитывая.
Но!
Что с законом сохранения импульса?
Если в начале импульс был 0 то в итоге он должен поделится пополам.
Но не энергия!
Излучатель это ведь та же фотонная ракета. Он получает свою долю энергии и импульса. И чем меньше эта часть, тем больше достанется "фантому" на другом конце луча. Наша задача не разогнать излучатель, а оставить эту фотонную ракету на месте. То есть эта ракета должна иметь массу луны или планеты. Тогда  ее скорость стремится к 0. И (смотрите по формуле эффективности фотонной ракеты) КПД этой "ракеты" тоже стремится к 0.
Хотя импульс будет делится поровну, почти вся энергия уйдет в полезную работу движетеля.
Но это если мы используем идеализацию мгновенного разгона.
Постепенный разгон приведет к энергетическим потерям и здесь.

[Alex_Semenov]

Если пристально по сторонам оглянуться, то кроме Альфы Центавра (потому как близко и аборигены синие), да может еще (от нечего делать) Тау Кита с Эпсилонами Эридана и Индейца и летать-то особо некуда.

Тагус, я понимаю - тема интересная. Но это не ИНЖЕНЕРНЫЕ вопросы МП.
Если вас волнует мой личный ответ на этот вопрос - то я исхожу из постулата, что разум это эволюция идей. А идеи (мемы, цепочки букв) не могут вечно эволюционировать в колыбел... в замкнутом пространстве. То есть на ограниченном объеме ресурсов (из которых в конечном итоге и сторятся цепочки мемов, мемоны).
Такая система в конечном итоге либо придет к некому экстремуму (минимуму) либо впадет в цикл (циклический аттрактор). Изменено для поиска минимума и строятся ГЕНЕТИЧЕСКИЕ алгоритмы. Слыхали о таких?
А циклический аттрактор для такого алгоритма – хуже гуталину!
Диссертации по этому поводу пишут.
Как с их вычислять и бороться...
Но это все -  задача оптимизации. Задачи узкие. Примитивные. Так сказать финитные.
"Как быть счастливым" так сказать. Но не задача "как быть умным".
Ибо это трансфинитная (если хотите трансцедентная, божественная) задача.
Задача сохранения разума не  в остановке процесса эволюции в неком идеале, а собственно бесконечное поддержание этого процесса поиска несуществующего идеала (но не иммитация, бег по кругу! Здесь это тоже хуже гуталину!). И единственная гарантия устойчивости этого процесса – эволюция на неограниченных ресурсах.
Значит, истинный разум должен иметь средства для неограниченного распространения в пространстве.
В общем он не может оставаться ни в какой колыбели веч... тфу... долго.
   
То есть.
Решая задачу межзвездного перелета я мыслю гораздо ШИРЕ чем вы подразумевает в своем "каверзном" вопросе.
Вы – человек?
("Распни его!")
То есть "пес смердячий"? И все меряете "житием своим"?
Верно?
И поделом вам!
Но я то абсолютно четко понимаю, что люди неизбежно всего лишь шаг вселенной к более высокому разуму. Людям звезды может быть и не нужны. Ибо они твари (кто вы лично – вопрос более тонкий... но люди – твари однозначно!). А тварям звезды не нужны.
А вот Разуму они, другие звезды, просто необходимы. Без них он, более высокий разум, просто не сможет долго существовать, развиваться, как Разум.
В этом контексте не так уж и важно насколько близка по характеристикам та или иная звезда к Солнцу и есть ли там планеты с первородной  (естественной) жизнью. Может статься что самой съедобной для космического разума системой буде как раз система звезды Вега, где первичное газо-пылевое облако еще не превратило всю наличествующую там материю в несколько безнадежных гравитационных ям типа нашей Земли где похоронены несметные запасы ценнейших тяжелых элементов.
Для нас, потребителей и искателей такой же первородной слизи как и мы, это самая неинтересная система. Но для них – рай обетованный.
Может быть?
То есть. Я считаю что достаточно найти средство путешествовать к ближайшим звездам. Главное научится пускать волну экспансии по своей Галактике. А там – видно будет.
Задачи надо решать по мере поступления.
Это ведь... разумно!

[tagus]

я понимаю - тема интересная. Но это не ИНЖЕНЕРНЫЕ вопросы МП.

Еще какие инженерные. Выбор цели определит конструкцию корабля от и до.

Для нас, потребителей и искателей такой же первородной слизи как и мы, это самая неинтересная система. Но для них – рай обетованный.

Ну вот когда этот высший разум возникнет - пускай и думает как ему волну пускать. А то ваша забота о расселении высшего разума - нечто из разряда заботы архейских амеб о путях развития постиндустриальной экономики.

Задачи надо решать по мере поступления.

Вот именно.

[zyxman]

Может статься что самой съедобной для космического разума системой буде как раз система звезды Вега, где первичное газо-пылевое облако еще не превратило всю наличествующую там материю в несколько безнадежных гравитационных ям типа нашей Земли где похоронены несметные запасы ценнейших тяжелых элементов.
Для нас, потребителей и искателей такой же первородной слизи как и мы, это самая неинтересная система. Но для них – рай обетованный.
Может быть?

На самом деле такая система может хорошо подойти и для какого-нибудь пост-пост-индустриального общества гиперпотребления - в первичном газо-пылевом облаке возможности потребления на порядки больше чем на планетах :lol:
Нужна только сущая мелочь - изобрести какую-то легковосстановимую (полевую?) оболочку-защиту от пыли и камней.

[Alex_Semenov]

Для нас, потребителей и искателей такой же первородной слизи как и мы, это самая неинтересная система. Но для них – рай обетованный.

Ну вот когда этот высший разум возникнет - пускай и думает как ему волну пускать. А то ваша забота о расселении высшего разума - нечто из разряда заботы архейских амеб о путях развития постиндустриальной экономики.

Задачи надо решать по мере поступления.

Вот именно.

УЕЛИ!
Чисто и красиво! Аж рад за вас!
Действительно. Вы совершенно правы.
Но понимаете...
Я ведь не надрываюсь тут. Я ведь не на хлеб себе здесь зарабатываю...
Я получаю удовольствие. Эстетическое. Вот таким странным образом...
Удовольствии от того, что пытаюсь решать задачу, которая мне сирому ну явно не по зубам!
Не по Сеньке шапка?
Не по Сеньке.
Но именно это и заводит! А вдруг?!
Ну и кроме того.
Это своего рода парадокс.
Если мы, сирые, не будем на такие задачи зарится, то кто их решит? Высший разум? А как этот высший разум возникнет без нас? Ведь высший разум тоже задача ТОГО ЖЕ КЛАССА!
Даже сложней.
Повертье!
Откуда он, высший разум тогда возьмется?
Из диссертаций докторских?
Кому надо тот его и создаст?
Вы в это действительно верите?
Если не вы, то кто же?
 :twisted:

я понимаю - тема интересная. Но это не ИНЖЕНЕРНЫЕ вопросы МП.

Еще какие инженерные. Выбор цели определит конструкцию корабля от и до.

Согласен.
Я давно думаю об исчерпывающей классификации. Именно по целям и средствам...
Но как-то не созрел ...
Может попробовать сейчас?
Хочется загнать весь спектр концептов в своего рода куб.
Длинна – скорость.
Высота – масса.
Ширина – цели.

По скорости корабли функционально делятся на:
 
Медленные - от третьей космической до 0.01с (полет длится тысячелетия-столетия)

Средние  - 0.01с – 0.1с (полет длится столетия – десятилетия)

Быстрые – 0.1с – заметная часть с. (полет длится десятилетия-годы)

Это основной класс.
Но можно добавить:

Релятивистские – 0.5-0.999... когда релятивистский эффект становится заметным и (главное) ЗНАЧИМЫМ положительным  эффектом. Ради которого корабль так сильно разгоняют. Ведь нет большой и значимой разницы в полете на 0.3с или 0.6с Ну в два раза быстрей прилетел. Но не на порядок. Верно?

Еще один класс суперрелятивистские. Это по схеме Зенгера с постоянным ускорением, как я бы сказал с бесконечным сжатием пространств-времени.
Корабль для полета на край вселенной и времени.
Эти два дополнительных ласса кораблей гипотетические. Так как энергетически или технически эти аппараты за гранью добра и зла. Их можно ввести или "для назидания", мол "спасибi тобi боже шо важке зробив непотрiбним..."
Ну и как очень дальнюю перспективу, для задач не "на Альдебаран побыстрячку", а для решения задач вселенских масштабов. Нечеловеческих.
В конце концов, согласно второму закону Кларка, чтобы очертить границы возможного надо решится на невозможное.

Вторая координата. Масса.
Здесь разброс еще шире. И не столь продуман как по скорости

Сверхлегкие. Нано-звездолеты, микро...

Легкие. Сравнимые с современными АМС. Тонны – сотни тонн. Тут масса  сама по себе не должна быть критерием деления. Опять же, куда важней функциональность. Есть смысл выделять этот класс отдельно? Пока не знаю...

Средние. Интуитивно это должен быть самый обширный класс. От сотен тонн до десятков сотен тысяч тонн. Тут еще вопрос о том, что мы считаем массой? Если это ракета, то конечно же речь идет о массе пустого звездолета. Верхняя граница остается неясной.

Тяжелые. От границы средних до миллионов или миллиардов тонн. Когда корабль размером с астероид (или и есть астероид или комета)

Сверхтяжелые. Планетарного размера транспортные системы. Начиная с перемещающихся планет или планетных систем и кончая целыми управляемыми системами. Скажем проект "Фара".

Ясно, что здесь сверхлегкие и сверхтяжелые классы – очень гипотетические классы кораблей. Но опять же по 2-му закону Кларка я бы не стал их исключать. В конце концов некоторые концепты (именно концепты!) мне хочется сохранить в силу их смелости, неординарности, красоты. Хотя при внимательном рассмотрении они не выдерживают критики. Но опять же в целях назидания и развития вкуса они небесполезны...

Третья координата. Самая сложная. Функция. Назначение корабля.

Условно я могу выделить всего две больших задачи.
Исследование и колонизация. Разумеется колонизация подразумевает и исследование. При этом исследование может быть простейшим. Скажем флай-бай – это самое простое.
Или более глубокое (перелет) с высадкой на исследуемые объекты.
Может быть исследование с элементом колонизации. То есть прилет исследователя и постоянный (неограниченный во времени) мониторинг. Наблюдатель. Это своего рода колонизация. Но ограниченная.
Следующая задача - неограниченная колонизация. С использованием всех доступных в новой системе ресурсов. Безраздельный захват системы.

Но что дальше?
За гранью разумного но все еще мыслимыми остаются магистральные звездолеты суперцивилизации III-го рода по Кардашеву. Всякого рода межзвездные транспорты. Коммерческие суда, пассажирские  лайнеры (последние совсем сомнительны).  Хотя это кажется нелепым – возить материю из системы в систему, но ТЕОРЕТИЧЕСКИ почему бы и нет? Ведь энергия, затраченная на разгон корабля В ПРИНЦИПЕ может быть рекуперирована при его торможении у системе-цели и при наличии единого "банка энергии" (между звездными системами) и не должна считаться ЗАТРАТАМИ. Ты мне я тебе...
Но здесь речь должна уже идти не о кораблях а о системе межзвездных магистралей. Очевидно, что если такая система и возможна, то она будет просто циклопическим сооружением!
В любом случае энергия должна очень сильно упасть в цене за тераватт...
Так как даже цивилизация II-го рода по Кардашеву гипотетична, цивилизация III-го рода тем более гипотетична.
Ну и нельзя исключать просто астроинженерного строительства. Скажем перемещение планет из одной системы в другую. Возможно это займет тысячелетия. Но возможно для этого будет смысл?
Мы не забываем о втором законе Кларка.


Что я упустил?
Четвертая координата.
Природу ПН (полезной нагрузки).
ПН может быть разумна или нет. Неразумная ПН – самая примитивная (флай бай или транспорт). Но я полагаю что даже самый примитивный МП требует от корабля МИНИМУМА разумности.
При этом разум может быть искусственный, то есть АДАПТИРОВАН к обитанию в космосе, неприхотливый (бессмысленно туда посылать иной). Например вечноживущий машинный саморепликатор. То есть машинный разум с неограниченными возможностями. Разум может быть с ограниченными возможностями. Скажем разумная машина без комплекса саморепликации. Сколь бы ни был велик ее ресурс. Тысячелетия например, такой тип ПН будет явно ограничен в своих возможностях.
Разум может быть естественного происхождения. Наверняка более капризный и нуждающийся в тонкой защите. И здесь так же возникает вопрос о его возможностях в новой системе.  Способен ли он сам себя воспроизводить? То есть что предпологается исследование и прекращение в конце концов функционирования у цели (возврат?) или вечное поселение. Биологическая колонизация.
Естественный разум я бы еще разбил на генно-модифицированный (улучшены), который примыкает к ИИ и немодифицированный (скажем колония религиозных фанатиков ищущих новую Мекку подальше от скверны остального мира).

Теперь, что со всей этой хренью делать?
Мы имеем четырехмерный куб, который можно разбить на элементарные четырехмерные кубики-ячейки.
Скажем
A1, B3, С2, D2  - это медленный (A1), средний массы (B3), исследователь (С2), с ограниченным искусственным интеллектом (D2)
Понятно?


Рассмотрев все  возможны комбинации мы можем обнаружить, что некоторые из них просто бессмысленны. Хотя с выводами не всегда тут стоит торопится...

Есть ли смысл этим заниматься вообще?
Я знаю Иван Моисеев обожает всякого рода классификации и блок-схемы.

Хотя возможно смысл всего этого был в том, чтобы кто-то указал мне что же я все-таки упустил при этой спонтанной попытке объять необъятное?

[Alex_Semenov]

На самом деле такая система может хорошо подойти и для какого-нибудь пост-пост-индустриального общества гиперпотребления - в первичном газо-пылевом облаке возможности потребления на порядки больше чем на планетах :lol:
Нужна только сущая мелочь - изобрести какую-то легковосстановимую (полевую?) оболочку-защиту от пыли и камней.

Первая мысль которая приходит - построить живой пояс на орбите, перпендикулярной пылевому диску. Конечно и там тоже будет доставаться (при прохождении через диск) но куда реже.
Вообще интересная задача.
Я вполне допускаю, что колония может выжить и в самой гуще, если база имеет эшелонированную систему активного предотвращения столкновений. Мелочь сбивается (перенаправляется, ловится, утилизируется) тяжелых импактов избегать своевременным уклонением, маневрированием всей колонией. Слишком большой такая колония быть не может. Но таких колоний может быть очень много. Самых разных размеров. Их может быть просто миллиарды. Ведь если посмотреть на нашу планету, то большая часть ценнейшей материи заключенной в ней мы не используем.
Живем на поверхности гигантского слитка сокровищ и сам ни гам и другому не дам!
Наш мир устроен просто таки безумно!
Я бы сказал допотопно.

[zyxman]

Первая мысль которая приходит - построить живой пояс на орбите, перпендикулярной пылевому диску.

Шикарная идея для фантастического произведения.
Представьте масштабированную до размеров звездной системы "колонию кораллов", которая просто влетает в первичное облако, становится на пути вещества и отфильтровывает из него все необходимое для жизни

[poruchik]

А как быть с парусом?
Гм...
КПД паруса в идеале стремится не к 0.5, а именно к 1... И тоже (смотрим график Маркса) почти линейно "по диагонали"...
То есть парус однозначно в два раза лучше фотонной ракеты.
В чем тут фишка?
Можно придумать столь же простую схему?
Гм...
Но это если мы используем идеализацию мгновенного разгона.
Постепенный разгон приведет к энергетическим потерям и здесь.

Ок. С КПД разобрались.
Алекс, я уже написал выше - зачем разделять схемы? С точки зрения оптимизации, наоборот выгоднее их комбинировать. Вы справедливо написали, что КПД активного разгона получается выше (в случае идеального поглощения энергии), чем реактивного, и это его плюс. НО. Мы не можем до бесконечности эффективно разгонять таким образом, т.к. с ростом расстояния и скорости усиливются потери на рассеяние, увеличивается время прихода разгоняющих импульсов. Поэтому на первом этапе такой способ очень полезен, до далее нужен переход на все тот же реактивный разгон.

ЗЫ.Вобще по способам старта - это земная классика. Самый эффективный это выстрел ракеты из контейнера - активный старт(наименее энергоемкий), далее активно-реактивный - с запуском ракетного двигателя и вылетом под действием газов и реактивной тяги, самый неэффективный - чисто реактивный старт(наиболее энергоемкий).

[tagus]

зачем разделять схемы? С точки зрения оптимизации, наоборот выгоднее их комбинировать

С точки зрения оптимизации по какому критерию? Их же-ж мульен. Комбинирование грозит, как минимум, ростом массы и снижением надежности.

[tagus]

Если мы, сирые, не будем на такие задачи зарится, то кто их решит? Высший разум? А как этот высший разум возникнет без нас?

Да элементарно возникнет. Мы-ж возникли как-то и не благодаря и не вопреки стараниям архейских амеб по созданию вида генно-модифицированных обезьян. Так что, как говорится, делай, что можешь, с тем, что имеешь, там, где ты есть, а высший разум никуда не денется, если он замыслу Создателя и законам термодинамики не противоречит.

[КотКот]

Если мы, сирые, не будем на такие задачи зарится, то кто их решит? Высший разум? А как этот высший разум возникнет без нас?

Да элементарно возникнет. Мы-ж возникли как-то и не благодаря и не вопреки стараниям архейских амеб по созданию вида генно-модифицированных обезьян. Так что, как говорится, делай, что можешь, с тем, что имеешь, там, где ты есть, а высший разум никуда не денется, если он замыслу Создателя и законам термодинамики не противоречит.

Запахло боговерием

[tagus]

Запахло боговерием

Метафор не понимаем?