ѻ -    www.go2mars.ru
Специальный проект журнала "Популярная механика"
 
 FAQFAQ             
            

К ближайшим звёздам в недалёком будующем.

 
           www.go2mars.ru -> Техника
::  

Имеет ли смысл посылать зонды к другим звёздам?
Да, но только один, к какой-то наиболее интересной звезде.
20%
 20%  [ 1 ]
Да, сразу к нескольким звёздам.
80%
 80%  [ 4 ]
Нет.
0%
 0%  [ 0 ]
Не уверен в ответе, скорее да.
0%
 0%  [ 0 ]
: 5

SONY



: 27.09.2007
: 216
: Одесса-Москва

: 21, 2007 1:40 am     : К ближайшим звёздам в недалёком будующем.

В недалёком будующем мы, видимо, таки добьёмся управляемого термоядерного синтеза с положительным выходом энергии.
Добившись этого мы, кроме электростанций, получим так же фантастические, по сегодняшним меркам, ракетные двигатели - термоядерные ракетные двигатели (ТЯРД).

Прикиним удельный импульс таких двигателей:
Реакцию берём D + T = He + n т.к. другие в ближайшее время использовать невозможно. Энергия альфа частицы (ядра гелия-4) 3.5МэВ, что соответствует скорости 13.000км/с; энергия нейтрона 14.1 МэВ, что соответствует скорости 52.000км/с. При условии, что всё топливо прореагировало и все продукты реакции улетели строго в одном направлении, получим среднюю скорость в струе 20.800км/с и удельный импульс более 2.000.000 секунд! Но это, конечно, утопия.
Во-первых, прореагирует не всё топливо. Будем считать, что в реакцию вступит 20% смеси, а это значит, что вместо 13.000км/с у альфа частиц, мы получим смесь дейтерия, трития и гелия со средней скоростью частиц 5.580км/с (при расчётах считалось, что нейтроны почти не взаимодействуют с топливом);
Во-вторых, невозможно полностью сфокусировать струю. Нейтроны, фактически, сфокусировать просто невозможно - можно лишь задержать те из них, что летят в одну из полусфер (энергия этих нейтронов останется внутри корабля, что позволяет использовать их для производства электроэнергии), так что вклад от них можно смело делить на 4 (на 2 т.к. половина нейтронов никуда не улетит и ещё на 2 т.к. вторая половина летит не только по оси корабля, но и под различными углами к ней). Сфокусировать водородно-гелиевую плазму можно с помощью магнитных полей. На сколько хорошо - вопрос. Будем считать, что только на столько, чтобы вся плазма вылетала в одну полусферу. Тогда вклад от импульса этой плазмы нужно делить на 2.

В итоге получаем импульс 590.000 секунд. Это, можно сказать, оценка снизу.
Аналогичный расчёт для, например, 50% сгорания топлива и фокусировки плазмы в конус с углом при вершине 60* даёт уже величину 850.000 секунд.
Будем считать, что реально получить удельный импульс 750.000с.

Что такое "удельный импульс" и для чего он нам нужен? Фактически для нас он является просто обобщением "скорости струи", позволяя расчитать ракету, у которой рабочее тело выбрасывается не в виде струи, а в виде конуса (тем более полусферы). А его физический смысл таков: 1кг топлива хватит двигателю чтобы создавать тягу 1кгс в течении времени, равного удельной тяге.
Для лучших химических двигателей удельный импульс составляет примерно 450с, а для лучших ионных двигателей - 21.000с.

Что конкретно нам даёт тяга 750.000с? Да, собственно, ничего, кроме того, что она эквивалентна тяге двигателя со скоростью струи 2.5% от скорости света Smile

Предположим, что термоядерный двигатель относительно небольшой тяги (10-15тс) будет весить 2т, ещё 1т - топливные баки, 1т - полезная нагрузка. Тогда масса пустой машины 4т. Если взять 76т дейтерий-тритиевой смеси (число хоть и большое, но "вменяемое"), то мы получим стартовую массу 80т и соотношение масс заправленной и пустой ракеты 20. Натуральный логарифм 20-ти равен 3. Т.е. конечная скорость корабля по израсходованию всего топлива (на это уйдёт 1.5-2 месяца при такой тяге) будет составлять 7.5% от скорости света...
Расстояние до Проксима-Центавры 4.22 световых года. Расстояние до Альфа-Центавра А и Альфа-Центавра Б 4.36 световых года. Звезда Барнарда от нас на расстоянии 5.96 световых года.
Таким образом полёт такого корабля с тонной научного оборудования до ближайших звёзд займёт от 56-ти до 80-ти лет.
Это, конечно, весьма не малый срок. К тому же на расстоянии, меньшем расстояния от Солнца до Нептуна, оборудование будет находиться всего 100 с небольшим часов (если мы захотим затормозить у звезды, то топлива потребуется уже не 80, а 1600т, при чём всё равно весь тритий распадётся по дороге, а если везти литий-6 и производить тритий на месте, то масса топлива ещё возрастёт). Однако исследования того же управляемого термоядерного синтеза УЖЕ ведутся как раз 56 лет, а когда мы добьёмся значительного успеха, уже пройдёт лет 80 исследований минимум...

Соответственно вопрос к участникам: как вы считаете, имеет ли смысл осуществлять такой полёт, когда появится техническая возможность этого?

P.S. кинетическая энергия этого корабля будет составлять более 26Мт ТНТ эквивалента. Не повезят же жителям той звезды, если кораблик в их планету случайно врежется Smile
    e-mail
marsmet



: 02.10.2007
: 209

: 21, 2007 2:24 am     :

Некоторые сомнения вызывает масса 1 т на баки. Если снарядить звездолет где-то за орбитой Плутона, там нагрева от Солнца практически нет. Поэтому испарением будем пренебрегать, но поддерживать наддув в баке надо. Т.е. стенки должны выдерживать это давление.
Для размещения 76 т жидкого водорода при массе бака в 1 т потребуется бак с толщиной стенки из алюминия примерно 0.8 мм. Или две стенки по 0.4 мм (дьюар). Это немного больше чем толщина стенки пивной банки. Хватит ли прочности?
Конечно если сильно захотеть то может и можно как-то решить проблему бака. Или у вас топливная смесь берется сразу в замороженном виде?
_________________
Marsmet
SONY



: 27.09.2007
: 216
: Одесса-Москва

: 21, 2007 3:11 am     :

Вообще-то было бы логично сразу брать готовые термоядерные мишени...
Что до жидкого водорода, то, вообще-то, давление в баках мы можем выбирать любое, какое пожелаем. Соответственно можно выбрать как раз то давление, которое выдерживает наш бак.
Да и делать такой бак алюминиевым, мягко говоря, не разумно. Он должен быть из высокомодульного полиэтилен-полиэтиленового композита, который легче воды (немного) и прочнее стали (обычной, некоторые сорта стали со специальной обработкой способны сравнится с полиэтиленом). Правда такая прочность только в одном направлении, если делать прочность одинаковой в плоскости, то она будет в 3 раза ниже (что всё равно в полтора-два раза прочнее, чем низкоуглеродистая сталь).
    e-mail
marsmet



: 02.10.2007
: 209

: 21, 2007 11:39 am     :

Именно мишени я и имел ввиду, когда написал про твердое топливо.
Я не знаком со свойствами этого материала (высокомодульный полиэтилен-полиэтиленовый композит). А как он себя «чувствует» при 20К? Обычно полимеры не очень любят переохлаждение и многие становятся хрупкими.
_________________
Marsmet
SONY



: 27.09.2007
: 216
: Одесса-Москва

: 21, 2007 6:20 pm     :

Полиэтилен прекрасно "работает" в плоть до температур жидкого гелия (4К).
    e-mail
V.B.



: 24.09.2007
: 68
: Москва

: 21, 2007 7:44 pm     : Re: К ближайшим звёздам в недалёком будующем.

SONY ():
Соответственно вопрос к участникам: как вы считаете, имеет ли смысл осуществлять такой полёт, когда появится техническая возможность этого?

Давайте вернемся к вопросу о целесообразности такого полета, когда появится техническая возможность Smile
SONY



: 27.09.2007
: 216
: Одесса-Москва

: 21, 2007 7:51 pm     : Re: К ближайшим звёздам в недалёком будующем.

V.B. ():
Давайте вернемся к вопросу о целесообразности такого полета, когда появится техническая возможность Smile


А что мешает обсудить его сейчас?..
    e-mail
V.B.



: 24.09.2007
: 68
: Москва

: 21, 2007 8:09 pm     :

Неактуальность Smile
marsmet



: 02.10.2007
: 209

: 21, 2007 8:35 pm     :

Тонна на оборудование должно включать и научное оборудование и энергоснабжение и связь.
Некоторые научные приборы можно сделать миниатюрными, но не все. А связь и энергопитание? Сколько надо сот ватт или кВт для связи на межзвездных расстояниях. Вы не прикидывали?
Энергопитание и подогрев как будет осуществляться? От изотопного генератора?
Потом ориентация антенны на Солнечную систему периодически потребует запаса топлива.
Удастся ли уложиться в одну тонну?
_________________
Marsmet
SONY



: 27.09.2007
: 216
: Одесса-Москва

: 22, 2007 2:41 am     :

Я написал, как получать энергию - из двигателя.
Он же может использоваться для ориентация (путём отклонения плазменной струи магнитным полем).
40% энергии, выделяемой двигателем, будет выделятся в нём же в виде тепла (так что тут вопрос куда девать её стоит остро). Если нам, допустим, нужен 1кВт и КПД 10%, то тепла нам нужно 10кВт. На поддержание такого энерговыделения в течении 60-ти лет при 20% выгорании потребуется 140г термоядерного топлива.
Если считать, что для ориентации нам нужна тяга в 1кг, то с удельным импульсом 750.000с нам на месяц непрерывной работы (мне почему-то кажется, что в сумме месяца не наберётся даже за 60 лет) двигателя хватит 3.5кг термоядерного топлива.

Думается, что оставить на электроснабжение и ориентацию 5кг топлива из 76-ти тонн не составит труда...
    e-mail
marsmet



: 02.10.2007
: 209

: 23, 2007 1:47 am     : Re: К ближайшим звёздам в недалёком будующем.

SONY ():
Соответственно вопрос к участникам: как вы считаете, имеет ли смысл осуществлять такой полёт, когда появится техническая возможность этого?

Есть простой ответ. Как только будет создан двигатель так можно начинать проектировать АМС (автоматическую межзвездную станцию). Все остальное видимо решаемо уже на нынешнем уровне развития техники.

Однако оценки массы в 2 т для двигателя видимо слишком оптимистические.
_________________
Marsmet
:   
           www.go2mars.ru -> Техника : GMT + 4
1 1

 
 







Powered by hp © 2001, 2002 hp Group