Инженерные вопросы межзвездных перелетов

[Alex_Semenov]

О сроках ожидания результатов экспедиции.

Вот тут, у  RobertA. Freitas в его "Ксенологии":

http://www.bibliotecapleyades.net/vida_alien/xenology/19.0.htm

нашел таблицу цивилизаций по Крдашеву.
Табл. 19.1
И там есть оценка срока жизни для всех типов цивилизаций. Разумеется взята с потолка. Но все равно замечателен сам факт. Даже цивилизация 1-го типа живет 10^10 лет (как и 2-го) ну а всякие там покруче 10^11.
Если через 300 -3000 лет прирост наших научных знаний настолько снизится, что это практически не будет заметно, то представляете как нашим потомкам ДАЛЬШЕ скучно жить будет?
Они волком взвоют от тоски в своих звездных системах. Хочешь не  хочешь, а межзвездные экспедиции придется снаряжать...
И я думаю что лучший вариант – сразу накрыть Галактику сетью зондов фон-Нейманов.
А чего мелочиться то?
Вот протрем мы глаза и через лет 50-100 и четко убедимся, что рядом (10 000 св. лет) не видно ни единой живой планеты.
Что делать?
Искать по всей Галактике хоть какие-то зачатки... А для этого нужна волна фон-Нейманов. И средний срок ожидания результатов тогда становится уже от сотен тысяч лет до миллионов.
И как на фоне этого смотрится  нынешнее "ограничение" в 40 лет?

[tagus]

Тысяча тонн материи это 9E+22 Дж энергии. Если она светит по 1,3E+11 Дж в секунду то это ... 22 тысячи лет на полное испарение. В принципе нормльный так срок работы...

Время жизни ЧД в тысячу тонн несколько поменьше будет :lol:.

Пересчитайте.

[Alex_Semenov]

Тысяча тонн материи это 9E+22 Дж энергии. Если она светит по 1,3E+11 Дж в секунду то это ... 22 тысячи лет на полное испарение. В принципе нормльный так срок работы...

Время жизни ЧД в тысячу тонн несколько поменьше будет :lol:.

Пересчитайте.

:shock:
Спасибо. Но "Дайте два!" (с)
А можно и мощность излучения черной дыры?!
Ну очень надо!
А то я не нашел так сразу. И вообще надоело быть самым умным.
Так приятно когда тебя учат а не ты...
 
Кстати наткнулся на температуру излучения:

Вики. Излучение Хокинга.

[tagus]

А можно и мощность излучения черной дыры?!
Ну очень надо!

[hecata]

Дырка в миллион тонн будет давать 130 киловатт мощности. Маловато для межзвездных путешествий. Но поскольку энерговыделение ЧД имеет обратноквадратическую зависимость, то для тысячи тонн мы уже получим мощность в 130 гигаватт.

Ага. Не в кусре нюансов. Спасибо.
Для создания менее массивной дырки нужно и меньше энергии. Но вопрос – а это возможно? Тысячетонная дыра – как долго она проживет?
Правильно ли я считаю?
Тысяча тонн материи это 9E+22 Дж энергии. Если она светит по 1,3E+11 Дж в секунду то это ... 22 тысячи лет на полное испарение. В принципе нормльный так срок работы...

Нет, неправильно. Поскольку мощность излучения растет как обратный квадрат от массы, то время испарения - куб от массы.

Собственно Tисп = 1.33*10^-17 M^3, для тысячи тонн = 10^6 время испарения 7 секунд. Т.е. такую дырку очень сложно удерживать в равновесии, но с другой стороны, если кормить строго по графику - можно и удерживать

Так чтобы она давала 130 ТW хотя бы?

Можно, для этого надо ее уменьшить до 30 тонн. Но это уже такие плотности энергии, что находится за пределами современной теоретической физики.

Ага. То есть фактически мы тут имеем очень жесткое гамма и всякая срань в стиле пи-мезонов... Очень похоже на анигилляцию. Так? И никаким тут зеркалом не обойтись.

Именно поэтому найдены другие способы энерговыделения. Это аккреция - которая позволяет получиьт 42% MC^2 эквивалента упавшей массы в виде, в основном, жесткого рентгена и мягкого гамма, это всякие магнитогидродинамические эффекты при аккреции (с которыми связанно существование джетов, к примеру), это взаимодействие с эргосферой.

В качестве движетелей предлагалось использовать несимметричные джеты  заряженных дыр.

Не совсем понял термин. Но это как раз наверное то, что я описал выше... Только другими словами...

Речь идет вот о чем

Для заряженных вращающихся дыр для образования джетов по механизму Пенроуза есть решения, когда в одну сторону джет гораздо сильнее, чем в другую. Где-то у меня была статейка...

[hecata]

Говорить же о температуре здесь нельзя.

Однако, говорят именно о ней, хоть и в качестве абстрактной модели естественно.

Ну, я скорее в том смысле, что это примерно как говорить о температуре в 100 млрд градусов во время столкновения ядер свинца в БАК

Мне вот интереснее идеи, как можно получить ЧД суб-астрономических масс, в тысячи и миллионы тонн...

http://arxiv.org/pdf/0908.1803
Там одна из идей по генерации мелких черных дыр рассматривается.

Спасибо! Почитаю.

[hecata]

Читаю статейку, цитата про лазер, которым можно делать ЧД

Since a nuclear laser can convert on the order of 10^3 of its rest mass to
radiation, we would need a lasing mass of order 10^9 tonnes to produce the
pulse. This should correspond to a mass of order 10^10 tonnes for the whole
structure (the size of a small asteroid). Such a structure would be assembled in
space near the sun by an army of robots and built out of space-based materials

Понятно, что все это далеко от реальности, но чу! Вот зачем нужен репликатор Семенов - помоему можно писать roadmap!

[tagus]

Вот зачем нужен репликатор Семенов - помоему можно писать roadmap!

Лучше бизнес-план. "Вложи сто баксов сегодня и получи собственную звезду через миллион лет".

[hecata]

Еще

A BH starship using the technology we are proposing would emit gravitational radiation at nuclear frequencies. Current gravitational radiation detection
experiments are optimized for much lower frequencies, and would not detect it.
We propose building gravity wave detection devices of a dierent design,
with sensitivity in wavelengths of nuclear order. Since the wavelengths to be
detected are much shorter, and since the energy outputs would be so high and
the potential sources could be much closer, it would be possible to make detectors with a much shorter arm length, build them on Earth, and use them to
scan for a signal. This would be a high risk high gain experiment; a positive
signal would be an indication of extraterrestrial civilization.

[hecata]

А еще, что-то оценки энерговыделения у меня (130 киловатт) и у господ  Louis Crane and Shawn Westmoreland, Kansas State University (56 петаватт) для ЧД весом 10^9 кг сильно не сошлись. Пересчитайте пожалуйста... У меня записан коэффициент P = 1.3 * 10^23 M^-2 где М - масса в килограммах.

[hecata]

В конце приведу список источников, на которые они ссылаются (сразу видно - узок круг...

[1] E. N. Parker, "Shielding Space Travelers," Scienti
c American, (March
2006).
[2] R. Forward, "Antiproton Annihilation Propulsion," Journal of Propulsion
and Power, Vol. 1, No. 5, pp. 370 - 374, (1985).
[3] V. P. Frolov and I. D. Novikov, Black Hole Physics: Basic Concepts and
New Developments, Kluwer, Dordrecht, (1998).
[4] J. H. MacGibbon and B. R. Webber, "Quark- and gluon-jet emission from
primordial black holes: The instantaneous spectra," Physical Review D, Vol.
41, No. 10, pp. 3052 - 3079, (1990).
[5] J. H. MacGibbon, "Quark- and gluon-jet emission from primordial black
holes. II. The emission over the black-hole lifetime," Physical Review D. Vol.
44, No. 2, pp. 376 - 392, (1991).
[6]

[Alex_Semenov]

Я тут быстренько сляпал вот какую картинку:



Прежде всего.

Дырка в миллион тонн будет давать 130 киловатт мощности. Маловато для межзвездных путешествий. Но поскольку энерговыделение ЧД имеет обратноквадратическую зависимость, то для тысячи тонн мы уже получим мощность в 130 гигаватт.

Если я нигде не ошибся (а вроде бы все верно) и данная мне tagus формула верна, то мощность излучения Хокинга для черной дыры массой в миллион тонн у меня получилась 3,57726E+14 ватт. То есть 350 ТВт.
Гораздо больше чем у вас.
Кто из нас ошибся?
 :?:
Время жизни такой дыры  2 659 лет.
Температура излучения 1,23E+14 К, что по закону смещения Вина дает максимум излучения АЧТ на длине волны 2,36E-08 Нм. То есть это жесткие гамма-кванты (менше 0.005 Нм)

По поводу времени жизни. Разумеется. Дыра испаряется, ее светимость возрастает (излучение становится жестче) поэтому так считать время жизни как посчитал я, разумеется нельзя.
 :oops:
Черная дыра в 1000 тонн будет иметь сумасшедшую мощность излучения в 3,57726E+20 Ватт. Мощность нашего Солнца 3.826Е26  ватт. То есть наша черная дыра будет выдавать миллионную часть мощности нашего светила.
Правда никто этого не увидит... Излучение ее будет еще жестче. Пик по расчетам приходится на 2,36E-11 нм.
Но сей жуткий процесс не будет длиться долго.
Время ее жизни 1.4 минуты.

Меня заинтересовала дыра массой примерно в 60 000 тонн (пересечение кривых). Жить она будет 210 дней. Мощность ее излучения 9,93683E+16 Ватт.
В чем суть?
Черная дыра – часть стартовой массы. Если дыра тяжелая, то стартовая масса велика а мощность мала. Ускорение системы в итоге будет небольшим. А если мы уменьшаем массу дыры, то мы сильно увеличиваем "тяговооруженность" системы. Мощность возрастает, а стартовая масса падает.
Если, скажем, сам звездолет будет составлять треть от массы черной дыры, то в первом случае мы имеем  общую массу системы 1 300 000 тонн и тяговооруженность 275 КВт/кг. А во втором при массе звездолета 18 000 тонн тяговооруженность становится аж 1 ГВт/кг.
(разумеется я пока не считаю потери энергии, которые несомненно будут)
Идеал где-то в этом интервале (надо отдельно прикидывать).
Сама природа источника энергии здесь нам сильно помогает.
Факт, что легкая черная дыра не может долго жить (210 дней), как мне кажется можно побороть подпитывая ее своевременно материей. 9,93683E+16 ватт это чуть больше килограмма материи, которые она должна проглатывать каждую секунду.... Если мы имеем дело с прямоточкой, то вполне приемлемый параметр.
Еще нюанс. Если можно поодпитывать черную дыру, то мы сможем сохранять ее энергетические параметры постоянными столько времени сколько нам надо. При полете на край вселенной (к концу времени), это как раз очень даже подходит.

Ну что, чертим эскизный проект звездолета?
Или все же почитать (мне) для начала первоисточник?
Я ж ведь, мерзавец, так его и не прочел...

[Alex_Semenov]

А еще, что-то оценки энерговыделения у меня (130 киловатт) и у господ  Louis Crane and Shawn Westmoreland, Kansas State University (56 петаватт) для ЧД весом 10^9 кг сильно не сошлись. Пересчитайте пожалуйста... У меня записан коэффициент P = 1.3 * 10^23 M^-2 где М - масса в килограммах.

56 петаватт это 5,6E16?
 :shock:
То есть у нас тут два юриста и три разных мнения?
 
У меня по формуле:  

(нашел, вроде, откуда tagus ее выдернул: http://epo.wikitrans.net/show.php?id=173724&source=1. А что за язык?)

И у меня получется  0,35 петаватт. То есть совсем третья цифра. "Посередине"...
 :twisted:
Перепроверил все константы...
Да вроде все верно.
Кстати, я все брал в СИ.
Вот это 15360 сильно смущет. Такая фигня обычно бывает когда люди ненормальные единицы измерения используют.
Может в этом дело?

[tagus]

(нашел, вроде, откуда tagus ее выдернул: http://epo.wikitrans.net/show.php?id=173724&source=1. А что за язык?)

Все намного проще.
http://ru.wikipedia.org/wiki/Чёрная_дыра - здесь язык родной
http://en.wikipedia.org/wiki/Hawking_radiation - здесь потенциального противника.
Перепроверьте вывод, если не влом.

И у меня получется  0,35 петаватт. То есть совсем третья цифра.

У меня тоже. Плюс-минус пару-тройку тераватт.

[Alex_Semenov]

. . .Перепроверьте вывод, если не влом.

И у меня получется  0,35 петаватт. То есть совсем третья цифра.

У меня тоже. Плюс-минус пару-тройку тераватт.

То есть из четырех расчетчиков у двух расчет сошелся. Значит два остальных должны перепроверить свои расчеты.
Кстати, мне не в лом, но я  не понял, что поправлять то тогда?
 :shock:
За ссылки - спасибо. Никогда не были особо интересны черные дыры. Но видимо надо все же вникать...

[Alex_Semenov]

Семенов – помоему можно писать roadmap!

Да давно пора превращать идеи в конкретные документы.
Раскиданы по вского рода форумам...
Мы (именно "мы" не я один) за последние пару лет столько налопатили интересностей, вот так балагуря...
Эх! Заставил бы кто меня, лентяя взяться за это двумя руками!...
Самое приятное для меня занятие – искать идеи. А вот собирать их, оформлять... Это уже своего рода рутина. Чтобы ее выполнить нужен кнут и(или) пряник.

[Alex_Semenov]

Ага. То есть фактически мы тут имеем очень жесткое гамма и всякая срань в стиле пи-мезонов... Очень похоже на анигилляцию. Так? И никаким тут зеркалом не обойтись.

Именно поэтому найдены другие способы энерговыделения. Это аккреция - которая позволяет получить 42% MC^2 эквивалента упавшей массы в виде, в основном, жесткого рентгена и мягкого гамма, это всякие магнитогидродинамические эффекты при аккреции (с которыми связанно существование джетов, к примеру), это взаимодействие с эргосферой.

То есть, упрощенно, "светится" оболочка из падающей в дыру материи?
Вся материя, что закручивается вокруг дыры в конце концов падает внутрь или все же что-то улетает? Видимо джеты – это как раз тот самый поток плазмы, которая не упала на дыру, но посредством промежуточных преобразований впитал часть энергии. Так?

Речь идет вот о чем
Для заряженных вращающихся дыр для образования джетов по механизму Пенроуза есть решения, когда в одну сторону джет гораздо сильнее, чем в другую. Где-то у меня была статейка...

То есть несиммитричный джет может толкать дыру. Допустим. Но сразу возникает вопрос. А как импульс, полученный дырой ПЕРЕДАЕТСЯ кораблю?
Собственно говоря как подвешивать ЧД в двигателе?
Ее гравитация на безопасном расстоянии ничтожна. А масса немалая. Болтами ее не прикрутишь...  Может какие электромагнитные эффекты?
Масса ведь огромная!

[tagus]

Кстати, мне не в лом, но я  не понял, что поправлять то тогда?

Перепроверять. Вывод формулы мощности. Он в документе на вражеском языке есть.

[tagus]

То есть, упрощенно, "светится" оболочка из падающей в дыру материи?

Диск, не оболочка. Есть еще вариант получения энергии от эргосферы вращающейся ЧД.

Видимо джеты – это как раз тот самый поток плазмы, которая не упала на дыру, но посредством промежуточных преобразований впитал часть энергии. Так?

Про механизм возникновения джетов однозначного мнения нет, а теорий хватает. Но они (джеты) точно есть :lol:.

[Alex_Semenov]

Коль пошла такая пьянка – режу последний огурец.

Значит так.  Вбрасываю схемку, слепленную по-горячему и возможно глупую.
Не бейте сильно. Вбрасываю в качестве затравки для мозгового штурма.
То есть те кто только "жрать" готовое  – пошли нафик!
В чем суть проблемы?
Все межзвездные прямоточки упорно и тупо пытаются использовать в качестве коллектора для сбора межзвездной материи магнитную горловину:



Во-первых она не работает.  Магнитный контур не собирает частицы. Вернее он их собирает, но потом он их отталкивает.
Во-вторых система магнитных колец должна быть огромной (до тысяч километров в диаметре) и здесь никакие стропы не должны работать на СЖАТИЕ. Только на растяжение. Но как они могут в такого рода горловине работать на растяжение?
Поэтому у меня  давно возникла идея заменить всю эту фигню схемой в духе "гиперболоид инженера Гарина".
Разумеется, магнитные зеркала работают не так как оптические. Есть ряд вычислительных моделей, которые показывают как ведут себя частицы в поле токовой петли. И эта картина сильно зависит от скорости частиц. Но! Если вдруг выяснится, что магнитный контур может при некоторых обстоятельствах собирать отраженные частицы в некий "фокус", то возникает идея использовать два зеркала (большое и маленькое) для прямоточного звездолета. (кстати, обратите внимание, что воронка должна работать на скорости близкой к света и ларморовские радиусы налетающих частиц будут крайне малыми.)



Большая магнитная петля 2 своим магнитным полем собирает поток заряженных межзвездных частиц 1 и отразив  перенаправляет их на второй контур поменьше 3. Тот опять их переотражает в зону 6, где газ уже направляется на черную дыру.
Возможно (Возможно!!!) чтобы добиться такого эффекта потребуется комбинация магнитрых и электростатических полей...
Пока важна основная идея.
Обратите внимание. Всякий раз когда частицы отражаются от зеркала 2 или 3 они создают на них реакцию 4, которые растягивают всю конструкцию и натягивают стропы 5.
Сами кольца так же раздуты собственным магнитным полем.
То есть. Вся конструкция надута и силовые элементы работают на растяжение. Такой сборник может быть огромным и легким.
Учитывая что включится он скорей всего уже при большой скорости, скажем на 0.1с (до этого звездолет разгоняется как простой звездолет бортовым запасом материи), диаметр воронки не будет очень большим (надо считать но на глаз сотни километров).

Расположение узла 6 выбрано мной на схеме не совсем удачно.
Возможно, седовало бы было поставить на его месте еще одно магнитное зеркало которое перенаправляет поток к вынесенной вперед уже совсем компактной жесткой системе 6 с черной дырой которая выбрасывает реактивную струю 7 и создает тягу. Тогда весь многокилометровый сборник из переотражающих зеркал оказался бы БУКСИРУЕМЫМ.
Улавливает?
То, что все это сырые необоснованные фантазии – это ясно.
У звездолета на черной дыре масса нерешенных проблем.
Но все же хотелось бы придать идее сколько-нибудь здравый вид. То что показано в журнале – стыдно же на это убожество смотреть!
Если такой звездолет действительно возможен, то его создатели получают уникальную возможность совершать не только межгалактические путешествия с сильным релятивистским сжатием времени, но и вообще отправиться "на край вселенной" с постоянным ускорением. Сжать, что называется тау в ноль...




Чуть подробней о таком режиме полета можно найти например здесь: http://go2starss.narod.ru/pub/E019_KPZ.html

Очень заманчивая цель для того чтобы поломать голову над идеями, которые могли бы ее приблизить к реальности.