Инженерные вопросы межзвездных перелетов

[Иван57]

Собственно, у меня идея - попробовать сделать зонд полегче и разогнать его как можно сильнее.

Вот, был такой эксперимент:
- там с помощью z machine аллюминиевую пластинку размером 30мм*15мм*0.85мм разогнали до 34км/с
https://share.sandia.gov/news/resources/releases/2005/nuclear-power/z-saturn.html

Правда она только пролетела несколько миллиметров и врезалась в стенку (цель была выяснить какие условия в недрах планет-гигантов) :lol:
В дальнейших планах добиться 45-50км/с.

Если-бы это происходило на Луне или в открытом космосе, то вероятно так можно было-бы запускать материал даже к другим звездам.

Ну, если вспомнить, какие скорости в Большом адронном коллайдере - да, можно.
Если ваш груз такие ускорения выдержит.
Или строить маглев на сотню астрономических единиц. Тогда до десятой световой можно будет разогнать снаряд.

[Иван57]

Это шкура неубитого медведя. (Мне пока не известен эксперимент, подтверждающий этот эффект.)
Единственно что намекает "за" - разница периодов полураспада ортопозитрония и парапозитрония.

А насчет простоты... Что может быть проще куска свинца? Пусть при гелиевой температуре.

Я вообще про антивещество. Фигня это всё - слишком всё дорого /энергетически/ и геморройно. Решение должно быть проще.

Проще... Термоядерный реактор?
Топливо под ногами валяется, что несколько нивелирует его малую калорийность.
Для зондов и кораблей поколений - сойдет, наверно...

[pkl]

Да, я на него намекаю. Хотя дурында будет знатная.

[Ded]

Собственно, у меня идея - попробовать сделать зонд полегче и разогнать его как можно сильнее.

Вот, был такой эксперимент:
- там с помощью z machine аллюминиевую пластинку размером 30мм*15мм*0.85мм разогнали до 34км/с
https://share.sandia.gov/news/resources/releases/2005/nuclear-power/z-saturn.html

Правда она только пролетела несколько миллиметров и врезалась в стенку (цель была выяснить какие условия в недрах планет-гигантов) :lol:
В дальнейших планах добиться 45-50км/с.

Если-бы это происходило на Луне или в открытом космосе, то вероятно так можно было-бы запускать материал даже к другим звездам.

Опа! Не подумал. Я то имел в голове электромагнитный ускоритель. :roll:

Особенно понравился термин "ХРУПКАЯ алюминиевая пластинка".

[pkl]

Разгонная штука, какой бы она ни была, будет весьма протяжённой, чтобы сохранить перегрузки в разумных пределах.

[zyxman]

Но Вы то знаете где искать.

Да, я знаю где искать и как искать.

[zyxman]

Ну, если вспомнить, какие скорости в Большом адронном коллайдере - да, можно.

БАК принципиально не рассчитан на макрообъекты - у него сама вакуумная труба всего 5см.
http://elementy.ru/LHC/LHC/accelerator

Если ваш груз такие ускорения выдержит.

Ну кстати при размерах БАК ускорения для десятков км/с были-бы не такие уж и большие - техника такое выдерживает.

Или строить маглев на сотню астрономических единиц. Тогда до десятой световой можно будет разогнать снаряд.

Астросооружения, это хорошо :lol:

Но опять-же, техника выдерживает ускорения до 10000G (десять тысяч), причем там даже есть движущиеся части, и это (снаряд с коррекцией по спутниковой системе позиционирования) тоже уже стоит на вооружении.
То есть беспилотник можно вполне рассчитывать на перегрузки такого порядка, а совсем не на человеческие 3G.

Но главная проблема всё-же не сам ускоритель, а где взять энергию - если-бы даже у нас прямо здесь и сейчас, был этот самый ускоритель размером 100 А.Е. мы бы всё равно только сидели и слюнки глотали, тк у нас вся цивилизация за достаточно продолжительный срок столько энергии тратит :lol:

[Иван57]

Но есть и другие варианты. Солнечный парус, например. Летим к Юпитеру или Венере и Меркурию, делаем гравитационный манёвр и сближаемся с Солнцем. А после прохождения перигелия развёртываем полотнище.

А когда проходит около Солнца, то тепловой поток там такой, что сравним с тепловым потоком в топке парового котла.
Так что запросто можно использовать те же турбины, что и на обычной электростанции и давать эту энергию на ионные двигатели...
(Разумеется, не воду использовать, а газ. Аргон, например.)

[КотКот]

На Астрофоруме считали --- всего считанные сотни км/с. Лететь тысячи лет до Проксимы....
http://www.astronomy.ru/forum/index.php/topic,82348.1900.html

[pkl]

А когда проходит около Солнца, то тепловой поток там такой, что сравним с тепловым потоком в топке парового котла.
Так что запросто можно использовать те же турбины, что и на обычной электростанции и давать эту энергию на ионные двигатели...
(Разумеется, не воду использовать, а газ. Аргон, например.)

Слишком хитромудрая конструкция получится. Я же просто предложил лист фольги. Ну или графена. Или чего-то подобного.

[pkl]

На Астрофоруме считали --- всего считанные сотни км/с. Лететь тысячи лет до Проксимы....
http://www.astronomy.ru/forum/index.php/topic,82348.1900.html

Эммм... если я правильно понял прочитанное, речь там о гравитационном манёвре + ЯРД. Парус они не обсуждали, нет?

Впрочем, 150 - 200 км/с - это позволит организовать миссию типа TAU.

[Иван57]

А когда проходит около Солнца, то тепловой поток там такой, что сравним с тепловым потоком в топке парового котла.
Так что запросто можно использовать те же турбины, что и на обычной электростанции и давать эту энергию на ионные двигатели...
(Разумеется, не воду использовать, а газ. Аргон, например.)

Слишком хитромудрая конструкция получится. Я же просто предложил лист фольги. Ну или графена. Или чего-то подобного.

Одно другому не мешает.
Первая ступень - солнечно-тепловой ионник (в т.ч. и на участке приближения к Солнцу).
Вторая ступень - парус.

У ионника тяга должна быть больше чем у паруса вроде как...
А время разгона - ограничено...

[pkl]

Одно другому не мешает.
Первая ступень - солнечно-тепловой ионник (в т.ч. и на участке приближения к Солнцу).
Вторая ступень - парус.

Ну если так... хотя мне больше нравится гравитационный манёвр у Юпитера. Там дело в чём? Чтобы приблизиться к Солнцу, нужно упасть. А для этого надо погасить скорость. Нам это надо? К Юпитеру можно на ионниках разгоняться, да, а потом он повернёт аппарат к Солнцу. В афелии раскрываем парус.

[Иван57]

Одно другому не мешает.
Первая ступень - солнечно-тепловой ионник (в т.ч. и на участке приближения к Солнцу).
Вторая ступень - парус.

Ну если так... хотя мне больше нравится гравитационный манёвр у Юпитера. Там дело в чём? Чтобы приблизиться к Солнцу, нужно упасть. А для этого надо погасить скорость. Нам это надо? К Юпитеру можно на ионниках разгоняться, да, а потом он повернёт аппарат к Солнцу. В афелии раскрываем парус.

В случае с солнечно-тепловым ионником Юпитер лучше не использовать, ибо энергии для ионника мало будет (от Солнца далеко).
Так что для гравитационных маневров - Венера с Меркурием.

А уж если к Юпитеру на ионнике, то там уже ядерный двигатель, который будет работать на любом расстоянии от Солнца и столько по времени, сколько нужно. Не ограничиваясь близкими окрестностями Солнца.

[pkl]

Гравитация у Юпитера мощнее, чем у Венеры и Меркурия, вместе взятых. Т.е., чтобы приблизиться к Солнцу, выгоднее лететь к Юпитеру, а не внутренним планетам. Ядерный буксир - слишком здоровый дрын. И тяжёлый. При этом, если мы начинаем разгон после облёта Юпитера, то с приближением к Солнцу ЭРДУ будет работать всё лучше и лучше. Около перигелия сбрасываем ДУ, проходим перигелий и дальше раскрываем парус. Идея красивая получается - можно уложиться в запуск на "Союзе".

[zyxman]

Баллистически проще всего долететь до Венеры, до Юпитера если медленно то тоже ничего, а до Меркурия нужно на прямой перелет столько энергии потратить, что проще уже до Юпитера (непрямой перелет к Меркурию, получается практически то же что до Юпитера лететь, только энергии нужно еще больше).
Причем до Юпитера чем хорошо, что туда удобно разгоняться с околоземной орбиты солнечным парусом, или ионником.

[pkl]

Нам надо не просто приблизиться к Солнцу, а разогнаться до максимально возможной скорости. Для чего и нужен гравитационный манёвр у Солнца + разгон на парусе.

Собственно, получаются два способа реализации идеи:
1. "Метод грубой силы". Это развитие идеи TAU: разгон с помощью ядерного буксира, может, даже многоступенчатого.



Берём ЯЭУ помощнее, лучше от МЭКа /кстати, а ведь при реализации такого проекта можно безопасно испытать буксир для марсианской экспедиции!/, побольше рабочего тела - и разгоняемся, насколько можем. Короче, сообщить полезной нагрузке как можно большую энергию. Имеет смысл использовать дополнительно гравитационные манёвры у планет-гигантов по схеме Юпитер - Уран и Юпитер - Нептун. Но очевидно, и затраты будут ого-го! И выводить такой зонд придётся супертяжем. Или собирать на орбите, как тот же TAU. "Дедал" - логическое завершение этой идеи.

2. "Минималистический". Суть его - чем легче будет зонд, тем меньше энергии нужно для его разгона. Для чего использовать т.н. "внешние ресурсы" - солнечный свет, солнечный ветер, гравитацию Солнца и планет-гигантов. Попытаться не идти напролом, а схитрить. Допустим, для связи использовать не 100 кВт радиопередатчик с антенной с футбольное поле, а лазерный луч и телескоп. Я уже как-то писал здесь про минимальную АМС, которая по размерам и массе /и конструкции/ примерно как американские противоракетные перехватчики:

http://en.wikipedia.org/wiki/Exoatmospheric_Kill_Vehicle

Что-то в этом роде. Основные части: телескоп, электроника, РИТЭГ и ДУ. Телескоп - основной элемент конструкции зонда. Это главный научный инструмент. Через него же будет вестись связь с Землёй по лучу лазера. Поворотное зеркало наводит собираемый световой поток на камеры и спектрометры. И на приёмник лазерного излучения. Через него же лазер на борту передаёт информацию на Землю. Масса аппарата - в пределах 100 кг. А может, и вовсе менее 50 кг. К слову, такой аппарат бессмысленно разгонять ядерным буксиром - его масса, по оценкам, превысит 20 т. Так что буксир будет разгонять, в основном, сам себя. Я даже не уверен, стоит ли оснащать его разгонной ступенью с ионниками и питанием от солнечных батарей. Надо массу посчитать. Сколько там весила ЭРДУ "Фобос-Грунта" в первоначальном варианте? Не 300 кг? Если несколько сотен кг - то можно. А если меньше тонны не получается - то зачем? Солнечный парус куда перспективнее. И гравитационные манёвры. Что, впрочем, не исключает много ступенчатый вариант разгона. Тут главная проблема - жёсткий лимит времени. Разгоняться можно от орбиты Земли до орбиты Марса и от орбиты Марса до примерно орбиты Меркурия. Ну, может, ещё чуть ближе.

Но чтобы реализовать такой вариант, придётся хорошенько пораскинуть мозгами. Зонд должен быть высоко автономным. Его надо защитить от радиации Юпитера при пролёте. И от излучения Солнца в перигелии, когда расстояние от солнечной поверхности может быть меньше 1 млн. км. При этом, он должен быть исключительно лёгким. И, вероятно, компактым. Толстую защиту от радиации не поставишь. Системы особо сильно не зарезервируешь - по тем же массо-габаритным ограничениям. Очень сильным ограничителем будет масса РИТЭГа. Вряд ли он будет легче 30 кг - ему же надо питать все системы зонда десятилетиями! Это значит, на всё остальное массы почти не остаётся. И парус... его надо будет развернуть сразу после пролёта афелия. Быстро. Он должен максимально большим. И он должен выдержать чудовищное излучение Солнца.









Стоит продумать необходимость разгона от Земли до Юпитера, что парусом, что на ионниках. Ведь если скорость аппарат относительно Юпитера будет слишком велика, оно просто "просвистит" мимо, гравитационного поворота траектории к Солнцу не получится.

Прелесть этой идеи: не нужен супертяж, достаточно "Союза". Ну "Протона". И ядерный буксир не нужен, скорее вреден. И начать реализацию можно хоть сейчас! :wink:



http://interstellar.jpl.nasa.gov/interstellar/probe/requirements/concept.html

[georgi]

а до Меркурия нужно на прямой перелет столько энергии потратить, что проще уже до Юпитера (непрямой перелет к Меркурию, получается практически то же что до Юпитера лететь, только энергии нужно еще больше).
.

Не могу удержаться чтоб не задать дилетантский вопрос :oops:
Почему перелет до Меркурия/сближение с Солнцем  энергозатратны? Ведь казалось бы, солнечная гравитация,и наоборот должно быть..

[pkl]

Потому, что Земля /и АМС на момент старта/ движется вокруг Солнца со скоростью 30 км/с или около того. На околоземной орбите она будет летать вокруг Земли со скоростью 7,9 км/с и, вместе с Землёй, вокруг Солнца, со скоростью 30 км/с. Вы включаете разгонный блок, АМС набирает ещё несколько км/с и искусственной планетой. Теперь она уже крутится вокруг Солнца с примерно такой же скоростью, 30 км/с, +/- . А чтобы приблизиться к Солнцу, надо эту скорость уменьшить, с 30, ну, допустим, до 20 км/с. Сколько на это топлива надо и где Вы его возьмёте? Потому отправить зонд к Плутону проще, чем приблизиться к Солнцу ибо в первом случае Вам надо набрать 15 км/с, а во втором - погасить все 30.

[georgi]

pkl, спасибо!