Инженерные вопросы межзвездных перелетов

[Иван Моисеев]

Для того чтобы начинать разговоры о финансировании

...надо подождать лет 100. 
Внутренний голос мне подсказывает, что экономическая система (и курс доллара, в частности) будут существенно отличаться от современных. Да и инвесторы будут не те, что нынче.

[Dulevo]

Обсуждать проект запуска к звездам 100.000 тонн серьезно сейчас никто не будет.
Тут Маск пытается запустить всего лишь 100 тонн и всего лишь к Марсу, его и то сумасшедшим считают.

Имеется несколько проектов которые в принципе можно начать реализовывать уже сейчас.

1. Разгон лазерами.
2. Разгон потоком микрочастиц (разгоняемых лазером или рейлганом)
3. Плазменный парус.

По разгону лазером ведутся кое-какие работы в проекте  Breakthrough Starshot. Но там речь не идет о тоннах и даже не о килограммах.

Для отработки остальных нужно проводить много тестирования в космосе. А для этого нужно как минимум иметь налаженный дешевый доступ в космос. И желательно хотя бы станция на Луне.

Короче зайдите лет через 20 - тогда можно будет поговорить о начале работ.
А там уже и термояд будет - можно будет в список проектов добавить.

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Обсуждать проект запуска к звездам 100.000 тонн серьезно сейчас никто не будет.
Тут Маск пытается запустить всего лишь 100 тонн и всего лишь к Марсу, его и то сумасшедшим считают.

Имеется несколько проектов которые в принципе можно начать реализовывать уже сейчас.

1. Разгон лазерами.
2. Разгон потоком микрочастиц (разгоняемых лазером или рейлганом)
3. Плазменный парус.

По разгону лазером ведутся кое-какие работы в проекте  Breakthrough Starshot. Но там речь не идет о тоннах и даже не о килограммах.

Для отработки остальных нужно проводить много тестирования в космосе. А для этого нужно как минимум иметь налаженный дешевый доступ в космос. И желательно хотя бы станция на Луне.

Короче зайдите лет через 20 - тогда можно будет поговорить о начале работ.
А там уже и термояд будет - можно будет в список проектов добавить.

Боюсь, что через двадцать лет я уже буду зашедшим в другие ворота. Правда в какие из двух направят - не знаю

[torazurey]

Боюсь, что через двадцать лет я уже буду зашедшим в другие ворота.

Александр Геннадьевич,
Наука не стоит на месте. В ближайшие десятилетия исследования в области долголетия могут сильно продвинуться. Многие серьезные ученые работают над технологиями, которые могут значительно продлить здоровую жизнь человека. Через 20 лет ситуация может сильно измениться. Так что не торопитесь "заходить в другие ворота" - возможно, самое интересное еще впереди. Если такие технологии действительно появятся, это будет прорыв для всего человечества, включая и тех (а может и особенно тех), кто занимается такими долгосрочными проектами как Корабль Поколений. Представьте, как изменится подход к проектированию, когда временные рамки человеческой жизни перестанут быть таким жестким ограничением.

[Dulevo]

>>>через двадцать лет я уже буду

Ну тогда надо работать над другим проектом - таблетками от старости...

[Иван Моисеев]

1. Разгон лазерами.
2. Разгон потоком микрочастиц (разгоняемых лазером или рейлганом)
3. Плазменный парус.

1. https://www.trv-science.ru/2016/04/dvojka-po-fizike/
2. Нет расчета - нет проекта. Нечего реализовывать.
3. Известны солнечный, электрический и магнитный паруса. Что есть "плазменный"?

[Dulevo]

Что есть "плазменный"?

12-B4737.tex

Гм. автор - Хазанов. Не юморист. ( Chief of the Ionospheric Plasma Physics Laboratory at Irkutsk State University)
И тут наши отметились.

И тут еще https://www.nextbigfuture.com/2022/12/plasma-magnets-using-dynamic-soaring-to-go-2-of-speed-of-light.html

2% от световой.

[Иван Моисеев]

Что есть "плазменный"?

12-B4737.tex

Гм. автор - Хазанов. Не юморист. ( Chief of the Ionospheric Plasma Physics Laboratory at Irkutsk State University)
И тут наши отметились.

И тут еще https://www.nextbigfuture.com/2022/12/plasma-magnets-using-dynamic-soaring-to-go-2-of-speed-of-light.html

2% от световой.

Это т.н. "плазменный магнит", варианты  магнитного паруса.
Проблема всех парусов - слишком малая располагаемая плотность энергии.

[Темников Юрий]

Это т.н. "плазменный магнит", варианты  магнитного паруса.
Проблема всех парусов - слишком малая располагаемая плотность энергии

Так других вариантов у нас вроде как и нет? Как и нет энергии на торможение.

[Иван Моисеев]

Так других вариантов у нас вроде как и нет?

https://ivan-moiseyev.livejournal.com/308890.html

[Темников Юрий]

Так других вариантов у нас вроде как и нет?

https://ivan-moiseyev.livejournal.com/308890.html

Я о торможении ,а вы об чём?

[Иван Моисеев]

Так других вариантов у нас вроде как и нет?

https://ivan-moiseyev.livejournal.com/308890.html

Я о торможении ,а вы об чём?

О делта-вэ.

[Темников Юрий]

Так других вариантов у нас вроде как и нет?

https://ivan-moiseyev.livejournal.com/308890.html

Я о торможении ,а вы об чём?

О делта-вэ.

Странно ,и я о том же.

[Diy]

Скорее всего первый звездолет родится как следствие военных разработок и это будет не более-менее реальный сейчас дохлый лазерный парус, а нормальный аннигиляционник или скорее термояд с аннигиляционным усилением. Надеюсь не в ходе создания аннигиляционной бомбы... 

[Иван Моисеев]

Скорее всего первый звездолет родится как следствие военных разработок и это будет не более-менее реальный сейчас дохлый лазерный парус, а нормальный аннигиляционник или скорее термояд с аннигиляционным усилением. Надеюсь не в ходе создания аннигиляционной бомбы...

Зачем военным звездолет? Чтобы подальше от фронта смыться?

[Diy]

Скорее всего первый звездолет родится как следствие военных разработок и это будет не более-менее реальный сейчас дохлый лазерный парус, а нормальный аннигиляционник или скорее термояд с аннигиляционным усилением. Надеюсь не в ходе создания аннигиляционной бомбы...

Зачем военным звездолет? Чтобы подальше от фронта смыться?

Следствие военных разработок, а не военные разработают.

[Иван Моисеев]

Следствие военных разработок, а не военные разработают.

Сами по себе военные ничего не разрабатывают (кроме совсем специфически военных вещей, вроде военной формы). Они заказывают разработки у гражданских. Ничего "звездолетного" в военных заказах до настоящего времени не замечено.
Да и в будущем, вряд ли военные будут делать такие заказы. Не их профиль.

[torazurey]

Попросил ИИ написать заключение по проекту Десант. Вот что выдал:

Общее заключение
Проект "Досанг" представляет собой амбициозную концепцию межзвездного перелета "ковчега поколений", использующую термоядерный двигатель на реакции протон-бор (p-B11) с инерционным удержанием (ЛТЯРД). Несмотря на использование некоторых известных физических принципов, проект в его текущем виде абсолютно нереализуем с использованием современных технологий и технологий, которые могут появиться в ближайшие 50 лет. Он сталкивается с фундаментальными физическими проблемами, колоссальными инженерными вызовами, нереалистичными предположениями о добыче ресурсов и астрономической стоимостью, отодвигая его реализацию далеко за пределы указанного срока, в область отдаленного будущего или научной фантастики.

Детальный анализ

• Техническая реализуемость двигательной установки (ЛТЯРД p-B11)
  
  • Реакция p + 11B: Это анейтронная реакция, что привлекательно с точки зрения радиационной безопасности и активации конструкций. Однако она имеет фундаментальные физические проблемы:
    
    • Температура зажигания: Требуется температура в миллиарды кельвинов, на порядки выше, чем для реакции D-T. Достижение и удержание таких температур является колоссальной проблемой.
    • Энергетический баланс: При таких температурах потери энергии плазмой через тормозное излучение (Bremsstrahlung) становятся огромными. Подавляющее большинство исследований показывает, что достичь положительного выхода энергии (Q > 1), тем более необходимого для эффективной двигательной установки, в реакции p-B11 в термодинамически равновесной плазме практически невозможно из-за этих потерь. Заявления автора о работе на этой реакции игнорируют эту фундаментальную сложность.
    • Статус технологии: Управляемый синтез p-B11 находится на самой ранней стадии фундаментальных исследований. Нет никаких оснований полагать, что рабочий двигатель на этой реакции будет создан в ближайшие 40 или даже 150 лет.
  • Лазерный поджиг (KrF лазеры): Проект предполагает 100 KrF лазеров с энергией 25 МДж/импульс и общей частотой 50 Гц.
    
    • Мощность: Как верно посчитал пользователь форума
      это требует 125 ГВт электрической мощности для накачки лазеров (при 100% эффективности, реально больше). Ответ автора (1.25E4 ГВт = 12.5 ТВт) совпадает с оценкой мощности МГД-генератора, но противоречит прямому расчету мощности лазеров. Это указывает на возможное недопонимание или ошибку в расчетах автора.
    • Технологии лазеров: Хотя мощные лазеры развиваются, создание 100 установок тераваттного уровня, работающих синхронно и надежно в течение десятилетий в космосе, с требуемой эффективностью и системой наведения на 1-граммовые мишени – это задача далеко за пределами ближайших 50 лет.
  • МГД-генератор: Использование МГД-генератора в "конусе потерь" для питания лазеров – стандартная идея для таких концептов.
    
    • Мощность и эффективность: Заявленные 5% потерь мощности выхлопа (250 ТВт * 0.05 = 12.5 ТВт) и 70% эффективность МГД (дает 8.75 ТВт эл. мощности) выглядят очень оптимистично, но хотя бы внутренне непротиворечиво с заявленной мощностью для лазеров (12.5 ТВт). Однако работа МГД-генератора на продуктах термоядерной реакции p-B11 (высокотемпературная плазма из альфа-частиц) в течение десятилетий без деградации электродов (автор утверждает, что плазма не касается электродов, что сомнительно для многих схем МГД) или изоляторов при тераваттных мощностях – это огромная, нерешенная инженерная проблема.
  • Теплоотвод (Радиаторы): Расчетная мощность радиаторов (27.7 ГВт) соответствует поглощенной доле (0.0796 * (1-0.9)) от некой "тепловой мощности ДУ" в 3.48 ТВт. Происхождение этой цифры неясно, она не соответствует ни мощности выхлопа, ни мощности МГД. Сами капельные радиаторы площадью 1.2 млн м² (8 квадратов по 273 м) – концепция, требующая масштабной разработки и проверки долговременной надежности.
• Топливо (Пентаборан B₅H₉ и Бор-11)
  
  • Выбор: Пентаборан логичен как носитель и протонов (H), и Бора-11.
  • Хранение: Заявление автора, что твердый пентаборан не токсичен и не пирофорен, категорически неверно. Пентаборан – чрезвычайно токсичное, летучее и самовоспламеняющееся на воздухе вещество. Хранение 5.57 миллионов тонн этого вещества в твердом виде (при каких температурах?) в борных контейнерах на протяжении века без утечек, деградации и с обеспечением абсолютной безопасности – задача с крайне высоким риском, граничащая с невозможностью. "Экранно-вакуумная изоляция" не решает проблему внутренней нестабильности и опасности самого вещества.
  • Добыча в космосе: Это одно из самых слабых мест проекта.
    
    • Бор: Утверждение, что раз бор есть на Земле, он должен быть и на астероидах/Луне в больших количествах, ошибочно. Бор – относительно редкий элемент во Вселенной. Его промышленная добыча на Земле ведется из уникальных концентрированных месторождений. Поиск и разработка аналогичных (или даже менее богатых) месторождений на астероидах или Луне – дело далекого будущего и совершенно не гарантировано.
    • Водород: Действительно распространен, но его нужно добывать (например, из водяного льда) и очищать.
    • Синтез пентаборана: Производство миллионов тонн сложного и опасного химического соединения B₅H₉ в космосе из добытых ресурсов потребует создания гигантской, полностью автоматизированной химической промышленности на Луне или астероидах. Это на порядки сложнее, чем просто добыча руды или льда. Реализация такого производства в ближайшие 50 лет исключена.
  • Фабрики мишеней: Производство на борту 1-граммовых мишеней сложной структуры (для ICF) с частотой 50 Гц – еще одна нерешенная технологическая задача для длительной миссии.
• Конструкция корабля и системы
  
  • Масштаб и масса: 200 тыс. тонн сухой массы и 5.77 млн тонн стартовой – это колоссальные значения. Сухая масса сопоставима с крупнейшими морскими супертанкерами.
  • Сборка: Сборка в точке Лагранжа из лунных/астероидных материалов – логичный подход для таких масс, но он полностью зависит от наличия упомянутой выше космической добывающей и производственной инфраструктуры, которой не существует и не предвидится в ближайшие 50 лет.
  • Блок искусственной гравитации: Конструкция с вращающимися модулями для создания 1g – стандартное решение. Параметры (радиус, скорость вращения) выглядят разумно. Масса конструкции (2000 тонн) и энергопотребление (100 МВт) кажутся оптимистичными, но допустимыми для концепта. Закрутка остальной части корабля требует сложного управления моментом импульса.
  • Радиационная защита: Использование топлива как основной защиты – стандартно. "Электромагнитная защита" на финальном этапе – технология на уровне исследований, требующая огромной мощности и не гарантирующая полной защиты от ГКЛ.
• Расчеты и параметры полета
  
  • Скорость истечения (w): Заявлена 1.00E+07 м/с (Isp ~ 1 млн с). Это теоретически возможно для p-B11 при прямом использовании энергии продуктов реакции, но крайне маловероятно для реального двигателя с учетом всех потерь и неэффективности, особенно для ICF схемы.
  • Массовое соотношение (K): K = M0/Me = 28.83. Это очень высокий показатель конструктивного совершенства, требующий минимизации массы всех систем относительно массы топлива.
  • Несоответствия в таблице 1: Как показал детальный разбор, параметры ускорения, времени участков и максимальной скорости в таблице внутренне противоречивы. Например, при стартовом ускорении 0.0087 м/с² за 29.76 лет (9.39E8 с) скорость достигнет лишь 8.17E6 м/с (2.7% c), а не 1.68E7 м/с (5.61% c). Для достижения 5.61% c потребовалось бы ~61 год разгона. Это ставит под сомнение корректность всех динамических расчетов полета.
  • Время полета: 98.7 лет до Альфы Центавра – привлекательная цель, но она напрямую зависит от достижимости заявленных характеристик двигателя (Isp, тяга) и корректности расчетов траектории, что вызывает большие сомнения.
• Стоимость и сроки
  
  • Стоимость: Автор уклоняется от оценки. Реальная стоимость такого проекта (даже одного корабля, не говоря об эскадре из 10) была бы астрономической, вероятно, превышающей мировой ВВП на многие порядки. Финансирование невозможно в текущей или прогнозируемой экономической парадигме.
  • Сроки: Заявленные 50-150 лет на разработку ключевых технологий (читай: p-B11 двигатель) и запуск в течение 200 лет – крайне оптимистично, учитывая фундаментальные проблемы. 

Узкие места и нерабочие элементы:

• Физическая реализуемость p-B11 двигателя: Самое главное узкое место. Весь проект построен на реакции, которая, скорее всего, не может обеспечить требуемый энергетический выход для двигательной установки из-за фундаментальных потерь.
• Добыча и производство топлива в космосе: Полностью спекулятивное предположение об обнаружении и разработке борных месторождений и создании космической химической промышленности для синтеза миллионов тонн пентаборана.
• Безопасность и хранение пентаборана: Игнорирование реальной опасности топлива и отсутствие убедительных решений для его векового хранения.
• Инженерная реализуемость компонентов: Тераваттные лазеры, МГД-генераторы, радиаторы, работающие десятилетиями при экстремальных нагрузках.
• Внутренние противоречия в расчетах: Несоответствия в параметрах траектории в Таблице 1.
• Масштаб и стоимость: Невообразимые требования к ресурсам и инфраструктуре.

Вывод
Проект "Досанг" является интересным мысленным экспериментом, иллюстрирующим, какие технологии могли бы потребоваться для межзвездного перелета в течение жизни одного-двух поколений. Однако он основан на крайне оптимистичных и, в случае реакции p-B11, вероятно, физически необоснованных предположениях о двигателе. Проблемы с топливом, масштабом, стоимостью и инженерной реализацией отдельных систем делают его абсолютно невозможным в ближайшие 50 лет и крайне маловероятным даже в более отдаленной перспективе без фундаментальных научных прорывов и революционных изменений в космической инфраструктуре и экономике.

[Иван Моисеев]

Попросил ИИ написать заключение по проекту Десант. Вот что выдал:

Я спросил у ясеня ИИ:
"[color=oklch(var(--text-color-100)/var(--tw-text-opacity))]Мощность ракетного выхлопа"[/font][/size][/color]

И ответил ИИ (в частности, он там много чего нагородил):

[color=oklch(0.304 0.04 213.681)]"На старте (v=0v=0) мощность равна нулю, а при разгоне ракеты мощность возрастает пропорционально скорости."[/color]

Смотрим:

мощность равна нулю" ? ? ?
Вывод:
Любой тезис ИИ необходимо проверять И обычным.

[ExDi]

все верно, кпд реактивного/ракетного двигателя, и полезная мощность (работа(путь на силу) деленная на время) в момент старта равны нулю, вся энергия уносится реактивной струей и диссипирует