Инженерные вопросы межзвездных перелетов

[gans3]

Просто никто не хочет думать в этом направлении. Совсем. Как о собственной смерти.
Обходной путь - внешний подвод энергии. Но думать вредно  на эту тему. Сразу хочется думать о двигателе на энергии вакуума или вот на черных дырах, ага. Сразу про порталы мечтать советую. Приятнее

[RadioactiveRainbow]

А думать надо.
Если посмотреть на многообразие ракетных двигателей - их понаделано в широком диапазоне удельных импульсов очень немало. Да, при больших УИ удельная мощность падает до неприемлемых величин, но это, я уверен, инженерно решаемая задача, как и воздание любого преобразователя энергии.

С источниками все куда печальнее.

Час гуглил энергосодержание автономных унитарных источников энергии. Резульат - околонулевой.
Может кто подскажет, сколько мДж/кг можно вытянуть из топлива (!) современных ядерных и ожидаемых термоядерных источников энергии?

[RadioactiveRainbow]

Я тут задался идеей оценить (с точностью до порядка-двух) уровень развития источников и преобразователей энергии, потребный для выполнения трех типов миссий:
- полеты внутри солнечной системы (вплоть до пояса Койпера с характерным временем до единиц лет для наиболее удаленных объектов)
- полеты внутри облака Оорта (характерное время миссии - единицы..десятки лет)
- полеты к ближайшим звездам (характерное время - десятки..сотни лет на сторону)

Оцените, пожалуйста, насколько адекватны следующего допущения:
- средняя скорость корабля много больше орбитальной скорости целевого объекта, ввиду чего траекторию полета условно можно принять прямолинейной, с длиной, равной текущему радиусу орбиты целевого объекта (средний радиус целевой зоны конкретного типа миссии)

[zyxman]

А думать надо.
Если посмотреть на многообразие ракетных двигателей - их понаделано в широком диапазоне удельных импульсов очень немало. Да, при больших УИ удельная мощность падает до неприемлемых величин, но это, я уверен, инженерно решаемая задача, как и воздание любого преобразователя энергии.

Ничего лучше паруса (лазерного или микроволнового) в самом деле невозможно сделать, тк у всего остального мощность упрется в размеры охлаждающих радиаторов ввиду неединичного КПД ЛЮБОГО устройства.

[Asgard]

Ничего лучше паруса (лазерного или микроволнового) в самом деле невозможно сделать, тк у всего остального мощность упрется в размеры охлаждающих радиаторов ввиду неединичного КПД ЛЮБОГО устройства.

Ну, это зависит от температуры радиаторов.

[zyxman]

Ну, это зависит от температуры радиаторов.

См выше. - Температура радиатора тоже ограничена максимальной рабочей температурой техники, и чем сложнее техника тем жестче это ограничение - пока даже теоритически никто сильно выше 1000К даже не замахивается, а это дает очень малую тепловую мощность единицы площади радиатора.

[Asgard]

Тут обещают тепловую трубку под температуру 2050 °С

http://www.casemods.ru/section15/item204/part2/  :roll:

Интересно.
Теоретически ведь можно использовать несколько материалов, для постепенной передачи температуры в широком диапазоне.

Скажем один конец трубки 600 другой 2050 °С.

[zyxman]

Теоретически ведь можно использовать несколько материалов, для постепенной передачи температуры в широком диапазоне.

Скажем один конец трубки 600 другой 2050 °С.

Это очень хорошо, но через голову всё равно не перепрыгнуть - если даже вы сделаете рабочую температуру самого устройства 600К (350 С), а радиатора 2300К (2050C+273), то логично что вам потребуется между радиатором и устройством вставить тепловую машину (холодильник), которая будет забирать тепло с 600К и отдавать на 2300К, но у этой тепловой машины КПД будет далеко не 100% (Карно не перепрыгнешь никак), а кому не лень посчитайте, но ЕМНИС менее 70% и массогабарит не исчезающе малый, и даже с учетом уменьшения надежности от введения дополнительного не совсем простого звена, итого почти ничего от повышения т-ры радиатора выиграть не удастся.
Хотя в теории есть возможность переизлучать тепло лазером, который будет накачиваться излучением абсолютно черного тела, раскаленного до 2300К, но у лазера тоже далеко не 100% КПД.

Короче, возможность использования двигателей с большими УИ упирается совсем не в плотность хранения энергии и даже не в плотность мощности, а упирается в КПД преобразования энергии, в рабочую температуру преобразователей и в площадь радиаторов охлаждения преобразователей.

[RadioactiveRainbow]

Не могу полностью согласиться.
КПД преобразователей не является прямым ограничителем УИ двигателей. Точнее, является - но только при фиксированной массе и тяге последних.

Вы можете закачивать сколько угодно мощности в двигатель потребного вам УИ - и инженеры смогут реализовать такой агрегат.  Только масса будет расти с УИ, мощностью и количеством преобразований энергии =)


Актуальность этого ограничителя растет с ростом УИ и сокращением длины маршрута. То есть для фотонного двигателя в пределах солнечной системы - да, еще какой ограничитель. А для межзвездного полета на ЭРД - вообще ни разу.

[КотКот]

Не могу полностью согласиться.
........
Актуальность этого ограничителя растет с ростом УИ и сокращением длины маршрута. То есть для фотонного двигателя в пределах солнечной системы - да, еще какой ограничитель. А для межзвездного полета на ЭРД - вообще ни разу.

Масса радиаторов растет из роста УИ. Так что выгоды почти нет ---- ведь все это разгонят надо....

[zyxman]

Актуальность этого ограничителя растет с ростом УИ и сокращением длины маршрута. То есть для фотонного двигателя в пределах солнечной системы - да, еще какой ограничитель. А для межзвездного полета на ЭРД - вообще ни разу.

Нуу вообще-то смотря как долго лететь - если мы собираемся лететь миллион лет на десяток световых лет, то там действительно можно и на ЭРД, но тут мы обсуждаем полеты с ускорением порядка близкого к 1Жэ и более, а для этого нам нужны приличные тяги, а соответственно для ЭРД нужны колоссальные мощности, и соответственно на преобразованиях даже при 99% КПД (которого не бывает, а хорошо если 90%, а реально можно рассчитывать на 70-80%) будут огромные-же потери.

[zyxman]

Не уверен что не было, но явно интересная новость.
- Говорят, результаты симуляций на модели показывают, что период колебаний наклона оси вращения планеты вроде Земли без Луны очень большой, что может позволить появиться разумной жизни и цивилизации даже в системе без Луны.

Aliens don't need a moon like ours
13 November 2011

The 1993 study showed that the Earth would tilt wildly without the moon because two of its motions would end up in sync, allowing Jupiter to have an outsize influence. The Earth orbits the sun on an elliptical path, and the long axis of this path shifts position over time. The Earth also wobbles like a spinning top as it rotates. Without the moon's gravitational tugs, the rate of this wobbling would be slower, matching up in just the right way with the drifting of its elliptical orbit to magnify Jupiter's effects on Earth's spin axis, leading to big changes in tilt.

However, Laskar's study did not determine how fast these changes in tilt would occur. "The astrobiology community has taken it to mean there will be these really wild variations, and we wanted to test that," says Lissauer. He and his colleagues simulated a moonless Earth over 4 billion years, about the age of the Earth today. They found that our planet's tilt varied between only 10 and 50 degrees, a much smaller range than implied by the earlier study. There were also long stretches of up to 500 million years when the tilt was particularly stable, keeping between 17 and 32 degrees (Icarus, DOI: 10.1016/j.icarus.2011.10.013).

Much larger changes might still occur on timescales longer than 4 billion years, the team admits. But in that case they might be irrelevant for life anyway, they say, because sun-like stars burn out after 10 billion years.

http://www.newscientist.com/article/mg21228384.600-aliens-dont-need-a-moon-like-ours.html

[Дем]

Почитал я тему за последние примерно полгода и родилась у меня концепция "экстремального юникорнолёта" (по нику автора)
1) Старт.
1.1 Летим на околосолнечный астероид диаметром побольше (но не слишком много). Это у нас будет точка опоры.
1.2 Строим на нём башню-разгонник в несколько сот тыщ км. (гравитация ничтожная, стоять будет) и солнечные батареи.
1.3 Запускаем жилой модуль с максимально переносимым экипажем ускорением (гидрованны, принудительное обогащение крови кислородом и прочие возможные изыски),  итоговая скорость 100-200 км/с
1.4 В максимально возможном темпе (как только батарейки зарядятся) посылаем вслед ему все необходимые модули с немного большей скоростью. Так как модули переносят большее ускорение, башню можно разобрать на несколько и использовать параллельно.
1.5 Модулей посылаем слегка с избытком, если не поймали - не страшно.
1.6 Ловим модули, обкладываем ими жилой в качестве радиозащиты.

2) жизнь на борту
Full matrix. Экипаж с рождения и до смерти непрерывно подключён к виртуалке. Ремонт и обслуживание корабля - телеуправляемыми роботами. Искусственное оплодотворение.
Преимущества - минимальный размер и вес жилого модуля. Независимое СЖО для каждого - невозможность эпидемий. Минимизация возможности нанести вред кораблю - недостаточно квалифицированный просто не сможет подключиться к ремонтным системам.

[Дем]

Ведь по той гипотезе газовые гиганты (которые физически могут формироваться только вдалеке от центрального светила ибо вбирают избыточный момент вращения первородного газо-пылевого облака) должны были оставаться на своих местах, далеко за "зоной Златовласки". Так, как это случилось с нашей системой. И вдруг выясняется что часто (очень часть) гиганты "сползают" на низкие орбиты а значит УБИВАЮТ  потенциально живые планеты пересекая пресловутую зону.

Собственно, не факт. Горячие ГГ - вполне могут оказаться "однояйцовым близнецом" звезды - альтернативным зародышем, не успевшим набрать достаточную массу до момента зажигания звезды.

"Что касается распределения двойных звезд по отношению масс, то в системах с периодами короче 100 лет распределение отношения масс оказалось иным: вероятность найти спутника возрастает по мере уменьшения его массы, но не так быстро. Это было интерпретировано как результат иного механизма образования тесных двойных. Если мысленно продлить зависимость числа спутников от их массы в сторону малых масс, то получалось, что общая частота "двойных" звезд близка к единице, и заметный их процент может иметь спутников планетных масс."

Почему у нас здесь не так? Земле просто повезло с глобальным оледенением 700 миллионов лет назад, которое СВОЕВРЕМЕННО уничтожило твердо царствующие на планете виды бактерий и очистило пространство для маргиналов, которые и стали в итоге многоклеточными. Что стало причиной оледенения (единичное событие в истории Земли случившееся в нужное время)? Наверняка "расположение звезд на небе". То есть стечение редких обстоятельств не зависящих от самой планеты.

Тут на самом деле более хитрая штука.
Жизнь - зарождается на планете с толстой углекислотной атмосферой (типа Венеры). На такой планете - сумашедший парниковый эффект.
А потом биота эту атмосферу сжирает и температура падает.
Т.е. по факту - есть две зоны жизни - для кислородных планет и для углекислотных. И не факт, что они всегда пересекаются.
Жизнь на оледеневшей планете вряд ли исчезнет, но на эволюцию у не шансов очень мало.

Для первоначального ознакомления с тем что это такое, предлагаю найти книжку "Бегство от удивления". Я в 7-м классе ее украл из школьной библиотеки и целый год грыз... тупо и упорно... и до сих пор не понимаю ТО.. Crying or Very sad Почему украл? Ну не мог де семикласник признаться взрослым что у него философский склад ума! А там на обложки так и было написано: для любителей физики с философским складом ума[/size]

Раз не понял - значит не философский  

На самом деле в СТО есть один тонкий момент - а почему моложе оказывается именно улетевший близнец? Ведь в его системе отсчёта он был неподвижен, а двигался как раз другой.

[КотКот]

......
На самом деле в СТО есть один тонкий момент - а почему моложе оказывается именно улетевший близнец? Ведь в его системе отсчёта он был неподвижен, а двигался как раз другой.

ускоряется тот, кто улетел на Корабле, а не тот, который остался на планете.....

[Павел73]

......
На самом деле в СТО есть один тонкий момент - а почему моложе оказывается именно улетевший близнец? Ведь в его системе отсчёта он был неподвижен, а двигался как раз другой.

ускоряется тот, кто улетел на Корабле, а не тот, который остался на планете.....

Перенёс из другой темы:

Одним из тестов теории относительности, непосредственно продемонстрировавшим реальность парадокса близнецов, является эксперимент Хафеле — Китинга. В октябре 1971 Дж. Хафеле и Ричард Китинг взяли четыре комплекта цезиевых атомных часов на борт коммерческих авиалайнеров и дважды облетели вокруг света, сначала на восток, затем на запад, после чего сравнили «путешествовавшие» часы с часами, остававшимися в Военно-морской обсерватории США.

Согласно специальной теории относительности, скорость хода часов наибольшая для того наблюдателя, для которого они находятся в состоянии покоя. В системе отсчёта, в которой часы не покоятся, они идут медленнее, и этот эффект пропорционален квадрату скорости. В системе отсчёта, покоящейся относительно центра Земли, часы на борту самолета, движущегося на восток (в направлении вращения Земли), идут медленнее, чем часы, которые остаются на поверхности, а часы на борту самолета, движущегося в западном направлении (против вращения Земли), идут быстрее.

Согласно общей теории относительности, в игру вступает ещё один эффект: небольшое увеличение гравитационного потенциала с ростом высоты опять-таки ускоряет ход часов. Поскольку самолеты летели приблизительно на одной и той же высоте в обоих направлениях, этот эффект мало влияет на разность хода двух «путешествовавших» часов, однако он вызывает их уход от показаний часов на поверхности земли.

Полученные результаты были опубликованы в журнале Science в 1972 и были совместимы с предсказаниями теории относительности. Было также отмечено, что наблюдавшиеся положительные и отрицательные разности хода часов с высокой доверительной вероятностью отличаются от нуля.

Разность хода остававшихся на месте часов и часов, путешествовавших на восток, составила минус 184 наносекунды; а на запад - плюс 96 наносекунд, что действительно согласуется с расчётами, выполненными в соответствии со специальной теорией относительности.

Одно из примечательных приблизительных повторений оригинального эксперимента состоялось в его 25-ю годовщину, с использованием более точных атомных часов, и результаты были проверены с лучшей погрешностью. В настоящее время такие релятивистские эффекты входят в расчеты, используемые для спутниковых глобальных систем позиционирования — действующих американской GPS и российской ГЛОНАСС и разрабатываемой европейской системы Galileo.

Но этот эксперимент не только не подтверждает СТО, но как раз опровергает её!

Смотрите, что получается. Часы, которые остались в лаборатории, неподвижны относительно поверхности, а следовательно и центра Земли. Поэтому исходя из тех же постулатов СТО не имеет значения, вращается Земля или нет (если посмотреть формулу "спецрелятивистского" вклада в отставание часов, то там ничего не сказано ни о радиусе Земли, ни о центростремительном ускорении при её вращении. В расчёт принимается только линейная скорость движения системы отсчёта, связанной с самолётами). Относительно же неподвижных часов оба самолёта вылетели в противоположные стороны с приблизительно одинаковым ускорением (как известно, замедление хода часов должно быть только в той системе отсчёта, которая испытала ускорение). Но раз ускорение и скорость были примерно одинаковые, то и разность хода путешествовавших и остававшихся на месте часов также должна быть одинаковая, причём в одну и ту же сторону (отставание).

Почему же в ходе часов проявился такой разнобой? Он мог оказаться только из-за вращения Земли, т. е. движения обоих самолётов и неподвижной лаборатории относительно окружающей планету среды (т. е. эфира). Первый самолёт двигался навстречу эфирному потоку (как и неподвижная относительно поверхности Земли лаборатория), второй - в направлении, совпадающим с этим потоком. И в этом случае действие эфирного ветра на колебания атомов или молекул в квантовом дискриминаторе атомных часов могло оказать влияние на частоту этих колебаний.

Кстати, вполне возможно, подобной же причиной объясняется и гравитационное замедление хода часов: в более сильном гравитационном поле (ближе к поверхности Земли) происходит некоторое уплотнение эфира, что мало влияет на скорость распространения электромагнитного излучения, но оказывается достаточным, чтобы повлиять на ход атомных часов (а возможно, и других типов часов).

Повторюсь: из того, что по математике все срастается, не следует, что верно понимается сама суть явления. Нужны новые исследования.

[Дем]

ускоряется тот, кто улетел на Корабле, а не тот, который остался на планете.....

А если предположить, что планета была предварительно ускорена до околосветовой (при большом взрыве ) и корабль наоборот затормозился до нуля?

Из СТО получается, что есть некая "неподвижная" система отсчёта, в которой время идёт медленнее всего.

[КотКот]

ускоряется тот, кто улетел на Корабле, а не тот, который остался на планете.....

А если предположить, что планета была предварительно ускорена до околосветовой (при большом взрыве ) и корабль наоборот затормозился до нуля?

Из СТО получается, что есть некая "неподвижная" система отсчёта, в которой время идёт медленнее всего.

Во первых такая система отчета есть --- эта система отчета расширяющейся Вселенной.
Вовторых , у нас ускоряется и замедляется все же корабль, а не планета.....

[Дем]

Вовторых , у нас ускоряется и замедляется все же корабль, а не планета.....

В СТО нет ничего о долгосрочных влияниях ускорений

[hecata]

Час гуглил энергосодержание автономных унитарных источников энергии. Резульат - околонулевой.
Может кто подскажет, сколько мДж/кг можно вытянуть из топлива (!) современных ядерных и ожидаемых термоядерных источников энергии?

Глубины выгорания ядерного топлива сейчас - 20000.... 40000 МВт*сутки/тонна топлива (обогащением ~4%). Для более обогащенного топлива для быстрых реакторов (10-15%) возможны выгорания до 100000 МВт*сутки. Это соответствует ~1700-8500 ГДж/кг.

Для термоядерного топлива теоретический предел (для топлива D-T) - 250,000 ГДж/кг, однако реальные предельные значения за счет кпд, потерь на нейтроны раз в 10-20 меньше, т.е. 12500-25000 ГДж/кг. Кроме того, если тритий получать из лития 6 - то значение надо поделить еще на 2.