Комментарии 72
Он выглядит как чёрно-белая плитка, через которую протекает сжиженный гелий — газ проходит через змеевик. При включении света «симулятор», как утверждают учёные, светит с интенсивностью в 20 раз выше солнечной (на каком расстоянии от светила, не указано), гелий поглощает тепло и вырывается из сопла, создавая таким образом реактивную тягу.
Я это понял, как обычный паровой двигатель, только в качестве нагревателя солнце (массив светодиодов), который нагревает рабочее тело — гелий.
Вот только в сомневаюсь в эффективности, поэтому скорее всего я что-то недопонял.
НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
Не читатель, а писатель?
, поэтому скорее всего я что-то недопонял.
Ни малейшего смысла, студенты, небось, баловались. Изотопный нагреватель с аналогичным или большим тепловыделением будет весить явно меньше теплособирающего щита, при этом с него ещё и электричество можно получить.
И это даже не считая того, что «межзвёздным» двигатель на рабочем теле с мизерной скоростью называть просто смешно. Впрочем, «там» и солнце светит… ну, так себе.

Из статьи, они разрабатывали двигатель, который бы дал тягу в момент наибольшего приближения к солнцу во время гравитационного манёвра, чем ближе к солнцу тем больше разгон, Так что именно энергии от солнца может быть с избытком, разгонятся же за пределами планетарной системы смысла большого нет, затраты энергии слишком большие.

не вижу смысла всё равно, 6к градусов от Солнца не возьмёшь, а температуры, которые способны выдержать материалы — прекрасно обеспечит более лёгкий и малоразмерный изотопный источник.

Назовите изотоп, который не будет плавиться сам и сколько его массы нужно для нагрева до 3 тыс. градусов при охлаждении водородом. И сколько массы радиаторов потребно без охлаждения.

А чем помешает его плавление? Подобрать изотоп под нужную мощность вполне возможно. Ну, будет снижение мощности вдвое через полгода — но это же одноразовая система, кому какое дело?

Вот-вот, это значит, что до момента запуска двигателя тепла будет выделяется ещё больше, причём многократно. И без охлаждения рабочим телом. Там радиатор со стадион размером потребуется для мелкого зонда размером со стиральную машину. Считайте

1. Что мешает запустить его сразу? Ну, траекторию другую посчитать надо, да и ладно.
2. Зонд, который должен будет заходить в зону такого нагрева, чтобы имел смысл нагрев рабочего тела — маленьким не будет.

И: я не выдвигаю просчитанной альтернативной схемы, а только высказываю сомнения в эффективности предложенной. Хороший курсач для студентов, да и даже дипломная.
Идея в том, чтобы выполнить манёвр Оберта, а для этого нужно ускоряться на минимальном расстоянии от Солнца. Это может дать больший импульс в пересчёте на массу, чем изотопы.
Сдаётся мне, что температурная защита при сближении, достаточном для получения заметной тяги, съест столько ресурсов, что выигрыш от такой системы обратится в пшик.

Не съест. Т.к. сближение кратковременное, то достаточно пассивного экрана, заслоняющего Солнце. Собственно в момент включения двигателя экран выбрасывает я, поэтому он уже не мешает разгону своей массой.

Изотопный нагреватель вряд ли сможет нагреть до 2-3 тыс. градусов. И как отводить тепло до запуска двигателя? Размеры и массу радиаторов представляете? Для получения электричества, они, кстати, также неизбежны.

Химическая реакция привычных компонентов топлива даст ту же температуру, а стало быть давление, тягу и главное — удельный импульс. Так и зачем весь этот балаган?!

Нет, удельный импульс также зависит от молекулярной массы выхлопа. Т.е. выше чем у чистого водорода при той же температуре УИ не получить.

Изотопный нагреватель вряд ли сможет нагреть до 2-3 тыс. градусов.
Почему бы? Как раз в отличие от солнечного нагрева, тут ограничений нет.
как отводить тепло до запуска двигателя?
Рассчитать на температуру в желаемые 2к градусов, и пусть себе отдаёт в космос. При необходимости включить двигатель — подавать гелий. В этой части (по температуре и подаче рабочего тела) разницы не будет никакой. А вот в размере и массе нагревательного блока разница будет значительна.
Повторю: то, что изотопсодержащий блок должен быть нагрет до тысяч градусов — ничем не отличается от задачи нагрева в той же степени солнцем.
  1. Изотоп не должен плавиться сам. И при этом обеспечивать высокую удельную тепловую мощность.
  2. Проблема изотопного источника — его нельзя выключить. Он будет продолжать вырабатывать мегаватты паразитного тепла при выключенном двигателе. Радиаторы потребуются гигантские. Одно дело таблетка для питания электричеством бортовых приборов, а другое — двигатель
1. Изотоп не должен плавиться сам. И при этом обеспечивать высокую удельную тепловую мощность.
— почему это, собственно?
Это безотносительно поддержки/ неподдержки идеи перейти на изтопные награеватели (мне термоглиссер больше нравится, а еще больше — идея питать лазером корабли с панелями-фотоприемниками и ЭРДУ высокой тяги с переменным УИ, типа VASIMR или Беклемишевского (ИЯФ им. Будкера) ЭРДУ с гофрированными магнитным полем; похоже, именно это будет основой будущей космической экспансии человечества в СС).

Потому что изотоп должен быть герметично упакован, а при расплавлении меняется плотность

и? Вы пишите это так, будто видите в этом какое-то противоречие.

Конечно же нет физических препятствий для того, чтобы жидкий изотоп удерживать, и даже — о Боже, Боже! — допускать фазовый переход в системе.

Уменьшение плотности ведет к увеличению обьема.
А к чему ведёт увеличение объема в замкнутой герметичной ёмкости?

что вам непонятно в словах:
«Конечно же нет физических препятствий для того, чтобы жидкий изотоп удерживать, и даже — о Боже, Боже! — допускать фазовый переход в системе».
— (1)?

Вы реально сейчас думали, что ловко проблематизировали меня(2), сообщив мне нечто, деселе мне неизвестное(3)?
«чтоб избежать ошибок трудных»: есть системы с металлическими теплоносителями, штатные режимы которых подразумевают фазовые переходы (заморозку-разморозку металла). А можно и не допускать фазовых переходов, просто сразу заправить его «в жидком виде».

Но, еще раз, это безотносительно отношения к самой идее; сама идея таскать на себе источники энергии (да и рабочее тело использовать, коль на то пошло) в космосе порочна, ибо формула Циолковского.

Даже если так широко не шагать, то все равно использование делящихся материалов так себе идея, она не поволяет легко масштабировать экспансию, дорога, не технологична (требует сложных производств) и опасна.

Тем более идея изотопного источника тепла настолько мощного (мы же мощные рассматриваем?), изотом будет в жидом состоянии при температуре >> 1000 градусов Цельсия; тут проблема в неотключаемости будет, а точнее в неотключаемости на этапе разворачивания/вывода, его энергию необходимо будет непрерывно куда-то сбрасывать.

Освоить Солнечную систему позволят гораздо более технологичная система: подсветка кораблей с панелями-фтоприемниками лезарного излучения вкупе с ЭРДУ высокой тяги с переменным удельным импульсом (VASIMR, ЭРДУ Беклемишева со спиральной гофрировкой магнитного поля).

Альтернативы посложней —

1)
SailBeam

image

(подробнее)
image


И,

2) собственно, сами лазерные паруса

(диэлектрическое зеркало из сверхчистого кварца (самое простое — слой кварца толщиной в λ/4) способно выдержать 10 ТВт (да, тераватт!) на квадратный метр, a optical phased array избавляет нас от необходимости делать цельные оптические элементы колоссальных размеров).

Последнее, похоже, и есть наш путь к звездам.
Вот мы разгонимся, а как и чем потом тормозить у пункта назначения?
Довольно эффективная методика, но потребуются материалы по плотности близкие к веществу нейтронной звезды.
вы про какой из вариантов привода, и в каком приложении?

Напомню, я тут топлю за 3 варианта:

для Солнечной системы:

1) системы «энергию получаем с панелей-фотоприемников лазерного излучения, и используем в ЭРДУ выской тяги с переменным УИ»

2) SailBeam

3) лазерный парусник.

для межзвездных перелетов — лазерный парусник.

Вопрос «как тормозить» в этой связи применим только к п. 2 и 3 про «внутри Cолнечной сиcтемы» и к лазерному паруснику для межзвездных перелетов.

Что именно из этого вас интересует?
для Солнечной системы:

1) ЭРДУ высокой тяги с переменным УИ, получающий энергию лазерного луча через панели фотоприемников тормозит, просто направив выхлоп против хода движения

2)
SailBeam, как и лазерный парусник могут путешествовать по Солнечной системе даже с одним источником импульса (как и, например, солнечный парусник!), — у них есть «якорь» гравитации Солнца, и возможность управлять углом отражения, т.е. они могут как замедлять, так и ускорять движение по орбите вокруг Солнца.

Но в дальнейшем в Солнечной системе можно просто понаставить побольше станций-источников. Со временем.

3) что до лазерного парусника в межзвездном полете, —

Форвард (Robert L. Forward) в своем
«Roundtrip interstellar travel using laser-pushed lightsails» предлагал/ предполагал вот такой вариант не только торможения, но и возврата(sic!) лазерного парусника:

image

Для тех, у кого на счет этой схемы оптимизма меньше, в загашнике всегда есть магнитный парашют Зубрина.

В целом, можно какое-то сочетание этих двух схем, высадка зондов фон-Неймана, строительства ими своего роя Дайсона, составляющего единый распределенный optical phased array, и все, у вас есть лазеры и на отправной, и на принимающей станции, т.е. можно предельные скорости межзвездного сообщения развивать.

Ну и да, время ожидания не пройдет впустую, т.к. в новой системе будет «все то же самое», мы уже в целой звездной системе находимся, «осваивай — не хочу!» — так что все это время в трудах по освоению свой солнечной системы провести можно. Строительством космических поселений заняться, освоением прицерерного поясаастерожья, и длинными проектами терраформирования, например, Венеры, и Марса.
Спасибо! )

Да, если вам интересны такие вещи (или скорее больше Очень Упоротые, но Абсолютно Физичные Идеи) про покорение космоса и не только — рекомендую источники из 3-х последних ссылок (жж antihydrogen и vk-группу «Полупрозрачный изобретатель» aka hard_sci_fi_ideas).

Их ведет настоящий квантовый физик antihydrogen, присутствующий, как видите, и на Хабре. :)
Изотоп не должен плавиться сам.
Почему? Выльется? Делиться перестанет?
Проблема изотопного источника — его нельзя выключить.
Система одноразовая, кому какое дело, сбросили и забыли.
Радиаторы потребуются гигантские.
Расход на температурную защиту всего аппарата в области, где будет аналогичный нагрев, потребует не меньших ресурсов.

Приведите ваши расчёты, обосновывающее последнее заявление

Сдается мне, что ещё до запуска в самой ракете все греться будет и это усложнит запуск и сделает его дороже.
Про изотопные жидкости в невесомости даже думать не хочется...

Значит пусть изотоп сам себя нагревает, желательно до плазмы, и выбрасывает нагретую часть — топливо и рабочее тело одновременно ;)
Остаётся «всего лишь» не давать ему греться во всём объёме, т.е. направлять продукты распада всего запаса изотопа в сторону сопла. Нужен аналог диода для радиоактивного распада.

Это же термоглиссер. Вместе с эффектом Оберта у Солнца можно получить приращение скорости до 200-300 км/с. До Плутона за 7 месяцев вместо 9 лет, как Новые Горизонты. Можно догнать Оумуамуа. Не требуется радиоактивных материалов, в отличие от ТфЯРД при том же удельном импульсе.

Другой вопрос, что из этого более реально на современных технологиях.
Тут и думать не надо.
Если разгоняться у солнца до 200 км/с, то попасть в Оумуамуа у вас не получится — когда ваш зонд сможет различить его в свой телескопчик, скорректировать орбиту (чтобы в итоге пройти достаточно близко, и разглядеть хоть какие-то детали) уже не получится, небольшого химического двигателя на такие подвиги не хватит.
А если чудом и попадете, то проскочите мимо, успев сделать всего несколько снимков (относительная скорость будет 175 км/с).
На которых мало что сможете разглядеть — до солнышка слишком далеко, а длинную выдержку вам нельзя.
Но даже эти плохие несколько снимков сможете передать только через годы, если вообще сможете (у РИТЕГа мало мощности, а вы продолжаете удаляться на все тех же 200 км/с).

Понятно, что нужны электродвигатели, питаемые от ядерного реактора.
Две трети пути ускоряться, треть тормозить, и в итоге сблизиться с целью на нулевой скорости.
В конце пути ядерный реактор пригодятся для хорошего освещения/радиозондирования объекта.
А главное, с этой энергией все эти результаты подробного исследования можно будет дослать до Земли.
Именно поэтому, а точнее — «в том числе поэтому» будут рулить схемы «лазеры с солнечным питанием (солнечные электростанции) подсвечивают панели фотоприемников космических кораблей»:

www.nasa.gov/directorates/spacetech/niac/2017_Phase_I_Phase_II/Propulsion_Architecture_for_Interstellar_Precursor_Missions
онятно, что нужны электродвигатели, питаемые от ядерного реактора.

— нет, не «понятно»:

www.nasa.gov/directorates/spacetech/niac/2017_Phase_I_Phase_II/Propulsion_Architecture_for_Interstellar_Precursor_Missions

Ядерка не являтеся космическим будущим Человечества; максимум «Орионы» по классической схеме могут для специальных миссий использоваться, или по «УТЯТКО»-образной схеме (раз, два, три).
То есть вы всерьез полагаете, что:
— вытащить в космос бандуру с лазером с выходным отверствием в 10 км (или такую же по выходной площади дуру с полем отдельных лазеров, взаимное положение которых юстируется столь точно, что дифракционное уширение общего пучка будет близко к уширению, как если бы это был один лазер),
— запитать ее на 100 мегаватт
— не забываем про радиаторы, которые будут обеспечивать охлаждение при таких потоках энергии…
— нацеливать ВСЮ эту дуру постоянно с точностью в 10-10 (несмотря на сопуствующее орбитальное движении вокруг Земли или солнца, с соотв. приливными эффектами), чтобы попадала в солнечные панели зонда…

все это в сумме будет проще, чем вывести на орбиту земли один ядерный двигатель с радиаторами?

Кстати, а запитывать ваши лазеры от чего?
Значит, вписываем в перечисление:
— еще 20х20 км. поле из солнечных панелей…

И да, не забываем вишенку на торте: на КАЖДЫЙ действующий зонд вам понадобится по отдельной такой бандуре. Это не будет работать так, что мы один раз собрали такого монстра, и теперь можем пускать тысячи зондов куда угодно.
Чтобы разгоняться на эффекте Оберта от родного Солнца, сначала надо как-то заползти в этот гравитационный колодец — сбросив орбитальные 30 км/с. Да еще тащить с собой тепловой щит, раз в 10 превосходящий полезную массу.
Например, полезные 50 кг (собственно аппаратуры) «Паркера» даже тяжелая ракета (25 тонн на НОО) смогла добросить лишь до 0,15 а.е. А дальше нужны годы поцелуев с Венерой, чтобы спуститься до желаемых 0,05 а.е.
А вам надо будет тащить к солнцу еще машинерию «термоглиссера» и рабочее тело для него.
Если на вылете от Солнца вы хотите получить 500 кг («Новые горизонты»), это сколько пусков «Фолконов хеви» вам потребуется? Штук тридцать? Пятьдесят? Стыкуя на орбите кучу баков, прежде чем начать путь к Солнцу?
Не проще будет всем этим разогнать зонд просто сразу к цели, без термоглиссера и теплового щита?

Все верно. К Солнцу можно отправиться гравиманевром у Юпитера за один раз. Но это все равно месяцы-годы, за это время весь водород выкипет. Термоглиссер хоть и позволяет разогнаться до невиданных скоростей, но все же может иметь только очень ограниченное применение

Если всё рассчитать верно, то выкипающий газ нужно использовать в качестве рабочего тела. Теоретически там же можно вообще нулевые теплопотери получить, кроме места подключения трубопровода
Идея как раз в том, что тепловой щит может являться топливом. В самый «горячий» период греть жидкий гелий и использовать, как рабочее тело. И охлаждение и топливо. Всё равно придётся тащить защиту, но уже меньше. Кроме, что можно думать в сторону разворачивания зеркального отражателя — нагрев-то сугубо излучением.

Пройти на малом расстоянии от Солнца — сама по себе задача очень и очень затратная с точки зрения орбитальной механики. Может статься, что выйти сразу на отлётную траекторию даже "дешевле", чем пройти через такой экстремально низкий перигелий.

Навскидку, при одинаковом запасе характеристической скорости там будет ряд увеличивающихся скоростей убегания для серии прямой отлёт/отлёт с гравитационным маневром у Юпитера/отлет с маневром Оберта у Юпитера/отлёт с гравитационным маневром у Юпитера и маневром Оберта у Солнца.

Меня всегда интересовало, насколько большой скорости можно достичь гравитационными манёврами в Солнечной системе, если неограниченно долго играть в такой "бильярд". Ответ в том, что если бы планеты были гравитирующими материальными точками, то можно было бы достичь сколь угодно высокой скорости, даже субрелятивистской.


Однако дело в том, что для того, чтобы "отразиться" от планеты, имея уже высокую скорость, придётся проходить очень близко в планете (к гравитирующему центру). В какой-то момент перицентр окажется внутри планеты, т.е. повернуть вектор скорости на сколько угодно любой нужный нам угол, чтобы направиться на рандеву со следующей планетой для манёвра, уже не получится. Это и есть ограничение такого ряда ускоряющих манёвров.

Если тупо сложить все максимально достижимые прибавки скоростей от оптимальных гравитационных маневров у всех планет, получится что-то около 117 км/с, это видимо ограничение сверху для нашей системы. Но реально так не получится. В принципе, у нас тут 92% массы системы всего в двух планетах, так что реально дождаться оптимальной конфигурации Юпитера и Сатурна и поиметь с них прибавку скорости в районе 50 км/с, а с парой корректирующих маневров может и все 70.
А с материальными точками конечно всё было бы проще… Если бы у нас была хотя бы одна материальная точка чёрная дыра планетарной массы в системе, то маневр Оберта вокруг неё мог бы тоже давать скорость в проценты от скорости света пролетающим жалким ошмёткам, разорванным приливными силами аппаратам.
В случае с гравитационным маневром — отбирается часть кинетической энергии планеты, в случае маневра Оберта — перераспределяется кинетическая энергия между отбрасываемой массой и полезной нагрузкой (точнее, в конечном итоге используется часть потенциальной энергии отбрасываемой массы в поле тяготения).

Вы не правы насчёт 117 км/с. Прибавка — есть не просто скорость планеты, а ещё плюс удвоенная скорость корабля относительно планеты. Если ухитриться (после серии манёвров) выйти на ретроградную орбиту, то прибавка на манёвре может оказаться колоссальной… И так несколько раз.

Это только для материальных точек :) Поскольку у нас прицельный параметр не может быть меньше радиуса планеты (+высота атмосферы), существует максимально достижимая прибавка скорости, когда прицельный параметр равен минимальному радиусу, а входная скорость равна орбитальной на этом радиусе. Дальнейшее увеличение скорости входа эту прибавку не увеличит, а уменьшит — из-за того, что увеличивается угол отклонения.
> На данный момент лишь два космических аппарата (как утверждается) смогли покинуть пределы Солнечной системы — «Вояджер-1» и «Вояджер-2».

Кем утверждается? Про пионер 10 и 11 они не знают?
Там сложный вопрос о том, что считать границей Солнечной системы. «Вояджеры» летят быстрее «Пионеров», они уже вышли за гелиопаузу, а «Пионеры» по расчётам ещё нет.
UPD хотя вру, судя по сайту НАСА Пионер-10 всё ещё дальше от Солнца, чем Вояджер-2.
Паркер весом 555кг отправляли к Солнцу на Delta IV Heavy. Это самая мощная ракета на сегодня. И у него перигей заметно выше планируемого тут. Снизить можно, но это годы маневров.

Сомнительно это все. Даже на уровне математики сомнительно. Не говоря уже о физике.

Это будет иметь смысл, когда запускать можно будет не с Земли. А, например с Луны или из пояса астероидов

Это будет не при нашем поколении. Напоминает решение проблемы конского навоза на улицах Лондона в 20 веке.

В институте им.Келдыша как то несколько лет назад в виде эксперимента делали прототип СЭДУ — солнечной энергодвигательной установки, сама установка планировалась из углерода с каналами, где должен был прокачиваться водород, ее должна греть сфокусированная солнечная энергия, в прототипе использовали электронагреватели.
Терзают меня смутные сомнения что NERVA и РД410 более реальные варианты. А если к ним подцепить ионники то до 1000км/с можно дотянуться. И накрайняк на запасном пути есть «Orion».
Кстати, а радиаторы ядерного реактора не будут работать как фотонный двигатель на инфракрасных фотонах? ;) Пусть пустячок, а приятно:)
Не, фотонный ядерный фонарик — тема бесперспективная. Если у нас масса полезной нагрузки M1=1 кг и масса урана-235 M2=1 кг, то потратив всю энергию распада урана (~83 ТДж) на его разгон, получим скорость истечения ~ 12900 км/с и скорость конечной нагрузки по формуле Циолковского порядка 8900 км/с, а высветив эту энергию в виде фотонов получим скорость истечения 300000 км/с, но массу выхлопа ~ 10-3 кг, и скорость конечной нагрузки будет ~150 км/с.
Значит пора копить потихоньку антиматерию для аннигиляции, а пока копится — пилить хиусовский «абсолютный отражатель».
Кстати, я тут посчитал, получилась странная вещь. Если у нас в отбрасываемой массе запас энергии E=1, и конечная нагрузка М2=1, то запас скорости по формуле Циолковского имеет максимум при отбрасываемой массе M1~3,92 (V=1,138). То есть максимум достижимой скорости — когда на единицу энергоносителя 2,92 единицы рабочего тела и 1 единица полезной нагрузки по массе.
Кажись я ошибся где-то, а то получается, можно к четверти горючего добавить почти три четверти балласта и полететь на 13% быстрее, чем на чистом горючем.

Поправлю вас. Энергию урана надо тратить не на разгон его самого, а передавать его энергию рабочему телу с меньшей атомной массой (водороду) и вы выиграете в импульсе в корень из 235 раз!

В общем случае, как я понимаю, нет, хотя надо посчитать. Вещества с малой молекулярной массой применяют из-за того, что у них максимальная скорость молекул при заданной температуре, при нетепловом разгоне это может быть уже не важно.
Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.