05.02.2019 00:05
eugeneb0 226 25900 Источник

Часть 4. Дороги и перекрёстки.


Предыдущая часть и её краткое содержание.


Читая этот раздел, следует понимать: всё, здесь перечисленное, либо не работает, либо… потенциально опасно. Ибо всякая возможность направлять и концентрировать энергию находит в первую очередь военное применение. Чингисхан подчинил полконтинента, направив энергию растущей травы (через лошадей) на военные нужды. Англия колонизировала половину планеты, оседлав энергию ветра. Первые быстрые концентраторы химической энергии — нефтяные зажигательные снаряды и пороховые бомбы. Двигатель внутреннего сгорания таскал на себе броню двух мировых войн по полям и болотам, и продолжает обслуживать бесчисленные столкновения по всему миру. А атомная энергия сначала принесла миру бомбу, и лишь затем — мирный реактор. Любая возможность обуздать новые потоки энергии, сконцентрировать её, либо быстро высвободить наверняка отслеживается военными.

Но если каждый пункт в разделе — фантазия или война, то зачем писать? Не лучше ли промолчать?

Мда… «Хотелось бы побыть страусом, да пол бетонный.» Я верю, что писать надо. Если что-то работает, пусть об этом знают все. Если нет — что ж, пусть задумаются тоже все.

Как-то так.

Приступим.

4.1. А полностью ли выжата пружина?


В общем, нет. Есть ещё резервы. Местами серьёзные.

Во-первых, в прочности материалов. Современные ракеты делаются из металлических сплавов. Предел их удельной прочности — в районе 0.3 МДж/кг. Даже кевлар и углепластик уже дают вдесятеро большую прочность при том же весе, и это ещё далеко не теоретический предел. Если извернуться и изготовить ту же первую ступень «Протона» из подобных материалов, то весить она будет существенно меньше, и разницу (как минимум) можно пустить в полезную нагрузку. В теории. Кхм… В теории, теория и практика едины. На практике, увы, эти чудесные материалы к строительству ракет пока едва ли готовы. Тут и сложности изготовления крупных конструкций нетривиальных форм, и недобрые рабочие температуры, и ещё проблем на инженерный учебник. Но пространство, куда копать, есть. А первые ласточки[670] из композитов уже полетели.

Далее, наноматериалы и, в частности, графен[95]. Сама по себе энергия связи между атомами углерода в нём — те же скромные 2-3 эВ на атом. Но: а) связей на атом три, и это в сумме даёт[98] уже до 7.8 эВ/атом; б) углерод — элемент лёгкий, на килограмм делить выгодно, и: в) решётка у графена абсолютно правильная, без дефектов и «слабых звеньев», готовых преждевременно подвести под нагрузкой. Итог[355]: 62-65 МДж/кг, вдвое выше «химического» пружинного предела. Я думаю, что если мы научимся конструировать подобные правильные решётки из бора, который ещё легче, мы и до 100 МДж/кг допрыгнем. И кто знает, не будут ли тогда ракеты будущего запитываться бешено раскрученными маховиками из графена или похожих материалов?

[А в комментариях мне вот какую интересную работу по теме подсказали [352]]

Лимон химической энергии тоже ещё выдавлен не до шкурки. И это я не про двигатель на смеси лития, фтора и водорода [405], [410] (удельный импульс-то у него приличный, но работать с такими смесями я и врагам не пожелаю). Нет, речь пойдёт про экзотические соединения, существующие пока лишь в лабораториях да теориях, но обещающие многое.

Первый пример[420] («извините, я не могу этого сказать», если меня попросят вслух выговорить его название):


[Credit: By Albris — Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=47523411]

Взрывается самостоятельно, «без видимой причины», выделяя энергию в количестве 6.8 МДж/кг. Цифра не слишком внушительная, и для запихивания в ракеты это вещество уж больно нестабильно. Но заметьте: оно состоит преимущественно из азота. Похоже, что азот-азотные цепочки, если правильно их «взвести», запасают немало энергии?

Химики это поняли и уже с десяток лет конструируют[265] всё более хитрые структуры чуть менее чем полностью из азота. Вот ещё[430]:


[Credit: By Meodipt — Own work, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=13243875]

Теплота сгорания или образования, к сожалению, не указана. Но это неважно, потому что абсолютный рекордсмен, похоже, уже найден[440].

Оказывается, под давлением свыше 1.1 миллиона атмосфер и температуре в 2000 К азот переходит в кристаллическую модификацию под названием cubic gauche (по-русски, как мне подсказали, это называется «кубическая гош-модификация»). И эта модификация, если только не врут на радостях[450], оказывается стабильна при возврате в нормальные условия. И может быть синтезирована при них. Ну, метастабильна, точнее. Поэтому при превращении в обычный азот она выделяет массу энергии. Конкретные цифры разнятся: по [450] выходит 15.8 МДж/кг, по википедии[440] — 27 и 33 МДж/кг. Если верна последняя величина, то, теоретически, скорость истечения такого двигателя может достигать ?6700 м/с. Если первая — 4700 м/с, но и это недурно.

Разумеется, 33 МДж/кг — это не триста и не три тысячи. Существенно больше из химии всё равно вряд ли получишь. Но даже полтора раза по скорости истечения сокращают стартовую массу ракеты в разы, резко удешевляя запуск. Есть за что бодаться. И кто знает, какие ещё состояния материи удастся получить при высоких давлениях и благополучно «вывести» оттуда в наши нормальные условия?

Из более экзотической химии стоит упомянуть:

4.1.1. Фиксацию атомов (не молекул!) водорода в плёнке твёрдого замороженного водорода [460]. При достигнутых плотностях в 2*1019 см-3 это пересчитывается в запас энергии в 2.6 МДж/кг. Хотя по сравнению с традиционными топливами цифра выглядит неярко, сам подход необычен. И кто знает, сколько ещё удастся из него получить? Википедия утверждает[470], что аналогичное «растворение» штучных атомов других веществ в жидком гелии позволяет запасать до 5 МДж/кг (правда, по ссылке на работу я пройти не могу).

К этой же группе я бы отнёс попытки[480] создать бозе-конденсат метастабильного гелия 4He* в триплетном состоянии 1s2s3S1. Если его период полураспада действительно составляет более двух часов (а оснований не верить я не вижу[490]) при энергии на атом аж в 19.8 электроновольт, то подобная материя, в принципе, способна запасти 475 Мегаджоулей на килограмм! С «выхлопом» в виде чистейшего безвредного гелия. Конечно, при условии, что эти сугубо лабораторные криогенные исследования удастся довести до пригодности к «переезду» на ракету.

4.1.2 Смутные указания ([500], [510]) на трёх- и более высокие валентности цезия и бария намекают, что хотя бы иногда, при каких-то условиях, для образования химических связей можно использовать не только валентные, но и внутренние электроны атомов. От самого этого понимания до «абсолютного топлива» ещё как до Луны пешком (pun intended), но обоснованно помечтать есть о чём.

4.1.3 Расплавленная соль бесперспективна, а вот как насчёт испарённой? Теплоты испарения некоторых веществ бывают очень высоки[680]. Так, газообразный бериллий, конденсируясь, выделяет энергию в количестве 32 МДж/кг, бор — 45. Правда, человек, предлагающий запустить летающий баллон с 2500-градусным газообразным бериллием, в ответ рискует нарваться на шутку про урановые ломы в ртути, тут уж ничего не поделаешь…

На этом закруглимся с химией и перейдём к другим формам хранения.

Статья написана для сайта https://habr.com. При копировании просьба ссылаться на исходник. Автор статьи Евгений Бобух.

4.2. Другие поля


До сих пор мы фокусировались преимущественно на электромагнитном взаимодействии. Но в природе есть как минимум ещё три поля: гравитационное, сильное и слабое. Можно ли создать аккумулятор, запасающий энергию в них?

С гравитационным полем проще всего. Поднял груз на башню — энергия запаслась. Опустил — выделилась. На этом принципе основаны гидравлические системы хранения[520] энергии. К сожалению, есть непреодолимая проблема. Поскольку потенциальная энергия — это mgh, то энергия на килограмм — это gh. А h, то бишь высота, в земных условиях — максимум километры. Это единицы килоджоулей на килограмм, даже не мега. Вот если бы на нейтронной звезде, где g легко может составлять 1012 м/с2… Право слово, иногда я подозреваю, что нейтронные звёзды и чёрные дыры — не что иное, как гигантские электростанции супер-цивилизаций. Ну и в любом случае вряд ли удастся летать в космос на таком «аккумуляторе» — ведь для движения вверх его придётся заряжать, а не разряжать.

Так что про гравитационное поле достаточно. Какие у нас есть «более другие» поля?

Сильное[690] — отвечает за взаимное притяжение протонов и нейтронов в атомном ядре. И слабое[700], отвечает за превращение кварков друг в друга, проявляющееся в распаде нейтрона и бета-распаде ядер. С нашей повседневной точки зрения всё это — атомная энергия, так что вместе их здесь и рассмотрим, на примере типовых реакций:

  • Радиоактивный распад. Бывает нескольких видов:
  • — Альфа-распад. Было ядро урана-238, стало ядро тория-234 да альфа-частица, плюс 4.27 мегаэлектронвольт энергии ([530]). Это порядков на шесть больше, чем в химии. Хоть у урана ядра и тяжёлые, всё равно получается 1.7 Гигаджоуля на грамм.
  • — Бета-распад. Был кобальт-60, стал никель-60, плюс электрон, плюс антинейтрино, плюс гамма-лучи, плюс 1.35 МэВ на атом. Отметим, что за (почти любым) бета-распадом на самом деле «сидит» реакция распада нейтрона через слабое взаимодействие, в незамутнённом виде описываемая уравнением n0 > p+ + e? + ?e (+ 0.782343 MeV).
  • — И с десяток других, более редких, видов распада [705]
  • Деление ядер. Было ядро урана-235, стукнули нейтроном, получилось два ядра каких-нибудь криптона и бария, плюс нейтроны, плюс примерно 180 MeV на ядро ([540]). Грамм 70 такого делящегося материала по энергии эквивалентны содержимому всех топливных баков «Протона».
  • Термоядерный синтез. Столкнулись два ядра лёгких элементов, слились в более тяжёлое. Выделилась энергия, плюс побочные частицы. Наиболее прокачанный на сегодня вариант — реакция дейтерия и трития: D + T -> 4He + n + 17.6 MeV. Но есть и менее «грязные» и более удобные для сбора энергии реакции.

В виде оружия всё вышеперечисленное освоено уже давно. В мирном виде тоже, кроме термоядерного синтеза. До него с 1950-х годов постоянно остаётся «лет 15-20». Правда, я всё равно верю в этот синтез, как в главное направление решения энергетических проблем человечества.

Радиоактивный распад (как плутония, так и более лёгких изотопов вроде кобальта-60, цезия-137) давно уже активно трудится в радиоизотопных генераторах[710] и атомных батарейках на бета-распаде[720]. Малые ядерные реакторы для (полу)гражданского использования начали успешно делать ещё в 1950-е годы [555].

Известны и ракетные двигатели на реакции деления ядер.

Вот испытания американской «Нервы» [570], 1966-1972:


[Image credit: William R. Corliss, Francis C. Schwenk — Nuclear Propulsion for Space (pamphlet from United States Atomic Energy Commission, Division of Technical Information) Test of NERVA nuclear rocket engine.]

Вот[580][583][586] советский РД-0410, 1965-1980:


[Image credit [730]]

Тяга к массе у них не очень хорошие, так что для первых ступеней они не слишком пригодны. Над этим можно работать, идеи различной степени внятности есть, только… только не в этом проблема.

Ведь не столько инженерные, сколько медицинские и политические причины препятствуют сегодня использованию ядерной энергии для освоения космоса. Все боятся (и вполне справедливо) радиоактивного заражения при авариях, ошибках, терроризме. Лечить радиоактивное поражение мы толком не умеем, обеззараживать биосферу — тоже. Микрограмма кой-каких долгоживущих изотопов достаточно, чтобы отправить человека на тот свет. Это раз. Два — от ядерной бомбы до ядерного двигателя дистанция не столь уж велика. Что там на самом деле запускает в стратосферу потенциальный противник партнёр по освоению космоса, поди разбери издалека?

Пока эти проблемы не будут решены, я не думаю, что мы увидим серьёзное применение атомной энергии в космонавтике. Так, батареечки для марсохода, может, ЭРД на изотопном генераторе, это максимум. До отведения Антарктиды под совместный атомный ракетодром, увы, ещё очень далеко. На расстоянии фантастики.

4.2.1. Однако в рамках этого раздела стоит упомянуть такой забавный эффект, как влияние неядерных сил на периоды полураспада. Мы привыкли думать, что скорость естественного распада атомов — величина постоянная, ни от чего не зависящая, и полагаемся на этот факт для радиоизотопного датирования[740]. Но это не совсем так. Судя по [750], на период полураспада могут влиять химическое состояние вещества (в том числе ионизация), давление, переход в сверхпроводимость, электрические и магнитные поля, температура. К сожалению, большинство работ по этой теме перекрыты требованиями об оплате, так что, не выкинув на ветер пару сотен долларов, я не могу привести первоисточники и вынужден ограничиться вторичным цитированием или абстрактами. Среди показавшихся мне любопытными следует назвать:

  • Изменение скорости распада радиоактивных 111In и 32P из-за вращения в центрифуге — причём существенное, с уменьшением/увеличением периода на единицы процентов в зависимости от направления и скорости вращения [760]. Выглядит даже слишком хорошо, чтобы быть правдой, неплохо бы перепроверить этот результат.
  • Уменьшение периода полураспада 210Po на 6.3% просто благодаря заключению его в медную оболочку и охлаждению до 12K [770]. Тоже под вопросом.
  • Рений-187, практически стабильный изотоп с периодом полураспада в 42 миллиарда лет, будучи полностью ионизирован (т.е. до состояния 187Re75+), сокращает время жизни до 33 лет, т.е. становится чертовски нестабильным [780]. И вот эта работа вполне надёжна.
  • Нейтральный диспрозий 163Dy стабилен. Но, будучи полностью ионизирован до 163Dy66+, превращается в радиоактивный с периодом полураспада в… 50 дней! [790]


Чем это потенциально перспективно, понятно. Добыча энергии из слишком медленно распадающихся изотопов. Управление мощностью изотопных батарей и реакторов. Стабилизация далёких трансурановых элементов для хранения и изучения. И кто знает, может, даже [убрано от греха подальше]? Правда, любое инженерно разумное воздействие сегодня сдвигает параметры распада максимум на проценты, и физика вроде нигде не предсказывает эдакого «магического пика», но кто знает, кто знает…

4.2.2. Возбуждённые и вращающиеся ядра

Если энергозапас маховика из обычной материи ограничен её прочностью на разрыв, то не улучшатся ли результаты, если «закрутить» материю ядерную? Она-то попрочнее будет?

В целом ответ положительный, хотя за ним прячется столько тонкостей, что я вынужден промчаться лишь по самым верхам. Заранее приношу извинения за безмерные упущения и упрощения, с помощью которых эту диссертационную по объёму тему пришлось впихнуть в пару абзацев.

Во-первых, атомное ядро может вращаться более-менее как единое целое. Как эдакая капелька ядерной жидкости ([800], [810], [820]). Типичные спины, до которых удаётся «раскрутить» такие ядра — это 30-100 h, дальше они «рвутся». Но перед этим запасают по 10-200 МэВ энергии на атом. Подобной «закруткой» можно также инициировать или ускорять распад (даже стабильных) ядер. Правда, методы раскрутки у нас сегодня варварские, для энергетики непригодные: «бомбить» ядра вслепую тяжёлыми частицами в ускорителе, зная, что некоторые удары придутся «вскользь». Ну и время жизни таких ядер обычно невелико, насколько я в курсе (впрочем, тут я не эксперт, буду рад, если знающию люди дополнят).

Во-вторых, ядро может вращаться «по частям». Когда лишь несколько нуклонов в нём переходят на более высокий уровень энергии ([830], [840]), примерно как и электроны в возбуждённом атоме. Характерные спины таких состояний — до нескольких десятков h, запасы энергии на ядро — от десятков эВ до десятков МэВ, а вот времена жизни… времена жизни иногда соблазнительно велики. Так, изомер гафния 178m2Hf «живёт» 31 год[832], гольмия 166m1Ho — 1200 лет[832], рения 186mRe — 200 тысяч лет[835]. Переходя из возбуждённого в базовое состояние, такие ядра испускают только гамма-кванты. Нет ни наводящих радиацию нейтронов, ни чрезвычайно грязных осколков, ни альфа или бета-частиц. Всё очень чисто и хотя бы по этой причине соблазнительно.

Однако до сих пор непонятно, как же закачивать энергию в такие изомеры и потом доставать её обратно. Научные работы по этой теме года с 2000-го стали очень противоречивы[850]. Кто-то заявляет об успехе, другие публикуют опровержения. Выглядит всё это крайне подозрительно.

Стоит упомянуть, что и протон тоже можно «завращать», переведя его в возбуждённое состояние со спином 3/2 и выше ([860], [865]). Уже первое такое состояние обладает энергией на 479 МэВ выше базового. К сожалению, времена жизни этих образований не превышают 1.5*10-16 секунды.

Статья написана для сайта https://habr.com. При копировании просьба ссылаться на исходник. Автор статьи Евгений Бобух.

4.2.3 Экзотические атомы[870]

Ну и на закуску — в принципе материю можно конструировать не только из протонов, нейтронов и электронов, но и из других частиц. Многие «экзотические» ядра синтезированы экспериментально и иногда обладают громадными запасами энергии. К сожалению, все они живут не дольше 10 микросекунд, а обычно гораздо меньше.

4.3. А не уволить ли нам брокера?


Чтобы запасать энергию в напряжённости электромагнитного поля в обход «жадного брокера» обычной материи, требуется вывести электромагнитное поле из межатомных пространств. Сам путь не нов. Прошедшие лет 200 мы именно по нему и двигались, собрав по дороге немало полезных достижений.

Одним из первых начал Вольта (в честь которого вольт и вошёл в язык) со своим столбом в 1800-м году:


Нехитрая стопка чередующихся металлов развивала напряжения в десятки, сотни и тысячи вольт, то есть куда выше валентных, и с приличными токами. Электролиз, запитанный подобным столбом, дал возможность выделить в чистом виде десятки легкоокисляемых металлов вроде магния, натрия и алюминия.

Дальше больше. Передача электричества по проводам. Электродвигатели. Радио и радары, в том числе с мегаваттными мощностями. Лазеры. Ионные и электронные пучки, рентгеновские аппараты. Сварка, плавление и резка электронными пучками, ускорители и искусственно полученные изотопы и новые элементы. Да, признаем честно: большая часть этих изобретений в качестве аккумуляторов энергии малоприменима. Но они показывают: плоды вывода электромагнитного поля на макроскопический уровень вкусны и многообещающи. Почему бы не попытаться и дальше думать в этом направлении? Лично мне это кажется наиболее перспективным.

Легко сказать «двигаться в этом направлении», но что конкретно под этим имеется в виду?

Ниже я решил привести пример. Disclaimer. Я не утверждаю, что описанная ниже штуковина будет точно работать. Я не Бор, не Вольта, и даже не Персов и не слишком силён в конструировании экспериментальных установок. Я хорошо понимаю, что на практике для хранения энергии данная конструкция вряд ли пригодна. Но, теоретически, пружинный предел она всё-таки преодолевает. Поэтому делюсь. Исключительно как иллюстрацией возможного хода мысли в данном направлении, и не более того.

Кому интересно -- длинный пассаж с формулами
Итак, мы хотим сконструировать устройство для хранения энергии в электромагнитном поле, плотностью энергии превышающее Пружинный Предел. Это значит, что в значительной части устройства обязаны возникать очень высокие давления полей p = (E2+B2)/8?. Противостоять им обычной материей нельзя: упрёмся в Пружинный Предел (?/?). Какие другие силы можно ему противопоставить? Электромагнитную в чистом виде нельзя по Теореме Ирншоу[880] (хотя есть смутные догадки: а что, если собрать нестабильную систему, не находящуюся в равновесии?) Гравитационную тоже: слишком слаба на наших масштабах. Остаётся ядерная. Итак, делаем ставку на сильное взаимодействие.

Берём ядро криптона Kr. Обрываем с него все электроны, чтобы получить ион Kr36+. Полная энергия, потребная на это, находится суммированием цифр в таблице 19.2 на стр 411 из [290] и составляет примерно 76340 эВ. Именно столько и выделится (в основном в виде фотонов), если позволить этому атому нахватать электронов обратно. В расчёте на килограмм это 87 мегаджоулей — неплохо дла начала.

Итак, вот он, сверхэнергоёмкий конденсатор: сферический полностью ионизированный атом криптона, одиноко плавающий в бесконечном вакууме:


Правда… «что-то здесь не так». Много ли запасёшь в одном атоме? Надо же много. Но как только мы сделаем таких атомов хотя бы два, взаимное отталкивание тут же разнесёт их друг от друга по разным углам бесконечности! Получается, эти заряженные ионы ещё как-то в виде коллектива хранить надо. Потенциальная яма нужна, в которую их запихать можно. Из чего её сделать?

Идём по второму кругу: из обычной материи нельзя — ионы тут же к ней притянутся и надёргают из неё электронов. Из электрического поля нельзя: теорема Гаусса[890] запрещает электростатические ямы без зарядов внутри них, а где заряды, там конец устройству. А вот из магнитного… из магнитного можно попробовать!

Вспоминаем про пробкотрон. Он же магнитная бутылка:

[Image credit: Автор: User:WikiHelper2134, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=29562309]

С точностью до столкновений, конечности градиентов поля и излучения любая заряженная частица, оказавшись в середине устройства, где поле слабо, там и останется, навивая кольца вокруг силовых линий. Будем считать, что всё хранится при (почти) абсолютном нуле и столкновениями можно пренебречь. Сколько положительных ионов можно в такую систему напихать? Оценим грубо, пренебрегая безразмерными числовыми множителями вроде 3 или ?. Это, конечно, приведёт к ошибке до пары десятков раз, но сильно упростит расчёты; а если результат окажется интересным, умные люди после меня и точнее пересчитают.



Пусть характерный размер облака ионов (и всей системы) r. Объёмная плотность облака n. Заряд ионов eZ. В облаке, таким образом, содержится заряд q = r3neZ, а электрическое поле отталкивания на его поверхности E = q/r2 = reZn. Распихивающее давление этого поля на облако составляет p = E2 = (reZn)2. Ему противостоит небольшая доля ? полного магнитного давления системы B2:

(reZn)2 ? ?B2

Магнитная энергия системы составляет B2r3. Чтобы её обеспечить, требуется прочная механическая система (катушки, упоры) массой m = Х*B2r3/(?/?), где Х — «коэффициент хреновости» конструкции, показывающий, во сколько раз она тяжелее минимально возможной (согласно [370], в лучших современных катушках X составляет 10-30), а (?/?) — Пружинный Предел материала катушки. Выразив B2 из предыдущего выражения, получим оценку для массы «аккумулятора»: m = Xr3(reZn)2/(?(?/?))

Наконец, сколько же энергии запасено в этих ионах? Полная энергия ионизации иона, если просуммировать приблизительно[900], составляет W ? Z2*Ry, где Ry = 13.6 эВ — энергия Ридберга. У нас nr3 этих ионов. Итого, в системе содержится потенциальная ионизационная энергия W = Z2*Ry*nr3.

Теперь делим первое на второе, получаем запас энергии в джоулях на килограмм:

w = W/m = (?/X)*(Ry/ne2r2)*(?/?)

Последняя скобка — это пружинный предел. А всё перед нею — это во сколько раз он превышен. При каких условиях это превышение окажется хотя бы единичным (т.е. есть смысл бороться за конструкцию)? Записываем:

K = (?/X)*(Ry/ne2r2) > 1

Вспомним выражение для энергии Ридберга Ry = e2/2rb, где rb — боровский радиус rb = h2/me2. Получаем условие, при котором Пружинный Предел преодолевается:

nr2rb < (?/KX)

Т.е. система либо достаточно маленькая, либо с достаточно разреженным облаком ионов гарантированно перепрыгивает Пружинный Предел. Достигается это благодаря своего рода «рычагу» из магнитного поля. Где обычная материя «держит» магнитное поле, а поле «держит» высокозаряженные ионы.

Правда, если r = 100 см, X = 30, ? = 0.1, K = 1, то n не должно превышать 6*103 см-3. Это очень «жиденькая» плазма. Полное содержание энергии в такой ловушке составит W ? Z2*Ry*nr3 = 10-4 Джоуля. По массе-то может и хорошо, а вот по полному энергосодержанию плачевно. Надо либо ловушку увеличивать до планетарных размеров, либо… «всю систему менять». Делать её квазинейтральной, например. Или попытаться держать тяжёлые ионы не магнитной ловушкой, а, скажем, клистроном. В общем, есть над чем подумать.

В целом, получилась… «пустышка», она же «гидромагнитная ловушка, как ее… объект семьдесят семь-бэ». Но хоть поразвлечься без нарушения законов физики вроде бы удалось.

4.4. А зачем вообще таскать энергию ракету себя с собой?


В принципе, низачем. Если сделать ракету незамкнутой системой, можно многого добиться. Часть этих идей уже работает, другие от практической реализации бесконечно (и, возможно, перманентно) далеки. Я собрал их здесь, чтобы показать: альтернативы есть. Пусть и разной степени достоверности.

4.4.1. «Дышащие» двигатели, которые не везут кислород с собой.

В авиации трудятся уже давно, но на скоростях до 3-4 Маха. Уверенный прорыв за этот потолок случился только в этом столетии. США, Китай и Индия успешно испытывали[910] скрэмджеты[905] на скоростях в 5-6 Маха (Россия, вроде, даже в 95-м году, но там как-то всё непонятно). Китайский WU-14[915] способен разгоняться, предположительно, до 10 М. Правда, все эти вкусности делаются не ради освоения космоса, а с целью создать маневрирующую, трудноперехватываемую баллистическую ракету.

4.4.2. Запитка ракеты лазером[920].

Ракета тащит с собой только рабочее тело. На Земле стоит электростанция Какой Угодно Мощности, которая лазером или мазером передаёт энергию на ракету. Может, чтобы прямо испарять рабочее тело. Может, опосредованно, через ЭРД. Выглядит очень перспективно. На практике затруднено: и поток энергии такой силы через воздух фокусируется плохо, да и сам по себе такой лазер сделать непросто.

4.4.3. Запитка ракеты… по проводам!

Безумно? Безусловно. Но ПТУРы на 4 километра по проводам летают[930]. Можно ли сделать хотя бы на 10, и передать по ним хотя бы гигаватт мощности? Я тут прикинул и получил, что по стально-алюминиевому «проводу» радиусом 5 сантиметров можно передавать 1 гигаватт в течение 100 секунд на 10 километров до того, как этот провод потеряет прочность из-за перегрева. Правда, 400 тонн такой «провод» весить будет. И гибкости никакой. И что обидно, параметры материала провода (плотность, удельное сопротивление, теплоёмкость, допустимый нагрев) входят в выражение для радиуса лишь в степени 1/6. То есть, никакими разумными заменами материала эти 5 сантиметров в 2 миллиметра не превращаются. Но! 5 сантиметров — это же почти… рельсы. Получается рельсотрон [940]. Причём, если выбрать материал попрочнее, то его километров в 10 длиной сделать можно. А это, считай, почти замена первой ступени.

4.4.4. Я уже слышу, как скандируют "космический лифт".

К сожалению, у этой идеи, помимо очевидных трудностей (например, куда девать уже шастающие по орбитам спутники?), есть одна фундаментальная слабость. Если подсчитать давление на разрыв, возникающее у основания такого троса, то по порядку величины получится p = ?gR, где R — радиус планеты. Приравняв его к пределу прочности материала ?, и найдя отношение ?/?, потребное, чтобы этот трос не порвался, получим ?/? ? gR = 60 МДж/кг. То есть, если космический лифт и возможен, то на самой грани Пружинного Предела нашей материи. Так что сомнительно, очень сомнительно.

4.4.5. “Полёт с сегодняшними телами дальше Луны — это пешая экспедиция медуз по Сахаре”

Ибо слишком много надо брать с собой систем жизнеобеспечения и защиты, чтобы таскать эти тела по космосу. Если бы мы весили 1 грамм, то не заселили ли бы уже Солнечную Систему? Если бы мы жили 1 миллиард лет, то могли бы летать к соседним звёздам на солнечном парусе. Если бы мы были роботами, то не нуждались бы в терраформировании Марса для его заселения и вполне могли бы гулять по Плутону. Желающие могут продолжить — тема для фантазии благодарная.

Завершение.

Ссылки и литература
[95] Про графен: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Graphene
[98] Cohesion Energetics of Carbon Allotropes: Quantum Monte Carlo Study. Hyeondeok Shin, Sinabro Kang, Jahyun Koo, Hoonkyung Lee, Yongkyung Kwon, and Jeongnim Kim: https://arxiv.org/pdf/1401.0105.pdf
[265] Ещё азотные цепочки: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Azidotetrazolate
[290] Физические величины. Справочник. Ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлиховой, Москва, Энергоатомиздат, 1991.
[352] Nanomechanical Energy Storage in Twisted Nanotube Ropes, David Teich, Zacharias G. Fthenakis, Gotthard Seifert, and David Tomanek, http://esperia.iesl.forth.gr/~fthenak/publications/twist_PRL_2012.pdf
[355] Прочности материалов: https://en.wikipedia.org/wiki/Ultimate_tensile_strength#Typical_tensile_strengths
[370] Szabolcs Rembeczki, Design and Optimization of Force-Reduced High Field Magnets: https://research.fit.edu/media/site-specific/researchfitedu/hep/heplaba/documents/theses/DissertationSzabolcsRembeczki.pdf
[405] Двигатель на литии, водороде и фторе: https://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_rocket_propellant#Lithium_and_fluorine
[410] Исходная работа за [405] (упомянуть не удосужились, и понятно почему — формат ужасный, всё бито): https://archive.org/stream/nasa_techdoc_19700018655/19700018655_djvu.txt
[420] Азотные кольца: https://en.wikipedia.org/wiki/1-Diazidocarbamoyl-5-azidotetrazole
[430] Азотные кольца: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja103525v
[440] Nitrogen cubic gauche: https://en.wikipedia.org/wiki/Solid_nitrogen#Cubic_gauche
[450] Метастабильность кубического азота: https://www.nature.com/articles/s41467-017-01083-5
[460] Атомарный водород в твёрдом: https://www.researchgate.net/publication/238971408_Stabilization_of_high-density_atomic_hydrogen_in_H-2_films_at_T_05_K
[470] Helium impurity condensates: https://en.wikipedia.org/wiki/Helium_compounds#Impurity_helium_condensates
[480] Bose-Einstein Condensation of Metastable Helium Atoms, ACADEMIC THESIS, Andrey Sergeevich Tychkov, Novosibirsk, Russia: https://www.nat.vu.nl/en/Images/Tychkov.thesis_tcm69-96948_tcm208-249866.pdf
[490] Radiative Decay Rates of Metastable Triplet Helium and Heliumlike Ions, Lauren L. Moffatt, University of Windsor: scholar.uwindsor.ca/cgi/viewcontent.cgi?referer=https://www.google.com/&httpsredir=1&article=5913&context=etd
[500] Forcing Cesium into Higher Oxidation States Using Useful hard x-ray Induced Chemistry under High Pressure, D Sneed et al 2017 J. Phys.: Conf. Ser. 950 042055: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/950/4/042055/pdf
[510] Barium in High Oxidation States in Pressure-Stabilized Barium Fluorides, Dongbao Luo, Yanchao Wang, Guochun Yang, and Yanming Ma, The Journal of Physical Chemistry C 2018 122 (23), 12448-12453, DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b03459: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcc.8b03459?src=recsys&journalCode=jpccck
[520] Гидравлическое хранение энергии: https://en.wikipedia.org/wiki/Pumped-storage_hydroelectricity
[530] Урановая серия распада: https://en.wikipedia.org/wiki/Decay_chain#Uranium_series
[540] Ядерное деление: https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_fission
[550] Распад нейтрона: https://en.wikipedia.org/wiki/Free_neutron_decay
[555] Малые ядерные реакторы: http://forumonenergy.com/2015/03/13/the-history-of-small-modular-reactors/
[570] Nerva, двигатель: https://en.wikipedia.org/wiki/NERVA
[580] РД-0410: https://en.wikipedia.org/wiki/RD-0410
[583] РД-0410: http://www.astronautix.com/r/rd-0410.html
[586] РД-0410: https://www.flickr.com/photos/martintrolle/12341329173
[670] Electron, ракета из композитных материалов: https://en.wikipedia.org/wiki/Electron_(rocket)#Design
[680] Энтальпии парообразования элементов: https://en.wikipedia.org/wiki/Enthalpy_of_vaporization#Selected_values
[690] Сильное взаимодействие: https://en.wikipedia.org/wiki/Strong_interaction
[700] Слабое взаимодействие: https://en.wikipedia.org/wiki/Weak_interaction
[705] Типы радиоактивного распада: https://en.wikipedia.org/wiki/Radioactive_decay#Types_of_decay
[710] Радиоизотопные генераторы: https://en.wikipedia.org/wiki/Radioisotope_thermoelectric_generator
[720] Батарейки на бета-распаде: https://en.wikipedia.org/wiki/Betavoltaic_device
[730] Картинки РД-0410: http://astronautix.com/r/russianmarsuclearthermal.html
[740] Описание радиоизотопного датирования: https://en.wikipedia.org/wiki/Radiometric_dating
[750] Список известных не-ядерных типов воздействий, влияющих на периоды полураспада атомов: https://www.annualreviews.org/doi/pdf/10.1146/annurev.ns.22.120172.001121
[760] Changes of decay rates of radioactive 111In and 32P induced by mechanic motion. He YuJian, Qi Fei, Qi ShengChu: https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11426-007-0030-z
[770] First hint on a change of the 210Po alpha-decay half-life in the metal Cu. F. Raiola, T. Spillane, B. Limata, B. Wang, S. Yan, M. Aliotta, H. W. Becker, J. Cruz, M. Fonseca, L. Gialanella, A. P. Jesus, K. U. Kettner, R. Kunze, H. Luis, J. P. Ribeiro, C. Rolfs, M. Romano, D. Schurmann, F. Strieder: https://link.springer.com/article/10.1140%2Fepja%2Fi2007-10012-8
[780] Observation of Bound-State ?? Decay of Fully Ionized 187Re: 187Re — 187Os Cosmochronometry. F. Bosch, T. Faestermann, J. Friese, F. Heine, P. Kienle, E. Wefers, K. Zeitelhack, K. Beckert, B. Franzke, O. Klepper, C. Kozhuharov, G. Menzel, R. Moshammer, F. Nolden, H. Reich, B. Schlitt, M. Steck, T. Stohlker, T. Winkler, and K. Takahashi. Phys. Rev. Lett. 77, 5190 – Published 23 December 1996. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.77.5190
[790] Radioactive decays of highly-charged ions. B. S. Gao, M. A. Najafi, D. R. Atanasov, K. Blaum, F. Bosch, C. Brandau, X. C. Chen, I. Dillmann, Ch. Dimopoulou, Th. Faestermann, H. Geissel, R. Gernhauser, P.-M. Hillenbrand, O. Kovalenko, C. Kozhuharov, S. A. Litvinov, Yu. A. Litvinov, L. Maier, F. Nolden, J. Piotrowski, M. S. Sanjari, C. Scheidenberger, U. Spillmann, M. Steck, Th. Stohlker, Ch. Trageser, X. L. Tu, H. Weick, N. Winckler, H. S. Xu, T. Yamaguchi, X. L. Yan, Y. H. Zhang, and X. H. Zhou. https://www.epj-conferences.org/articles/epjconf/pdf/2015/12/epjconf_cgs2015_05003.pdf
[800] Kungliga Tekniska Hogskolan, Rotational Model (про вращение ядер): https://www.kth.se/social/upload/5176d9b0f276543c2c2bd4db/CH5.pdf
[810] BEHAVIOR OF NUCLEI AT HIGH ANGULAR MOMENTUM, F.S. Stephens, Nuclear Science Division, Lawrence Berkeley Laboratory, University of California, Berkeley, CA 94720: https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/14/730/14730706.pdf
[820] Saddle-point shapes and fission barriers of rotating nuclei. F PLASIL. Physics Division, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee 37831-6372, USA. https://www.ias.ac.in/article/fulltext/pram/033/01/0145-0159
[830] Про ядерные изомеры: https://www.ias.ac.in/article/fulltext/pram/033/01/0145-0159
[832] Изомеры высокой стабильности: https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_isomer#Nearly-stable_isomers
[835] Изотопы рения: https://en.wikipedia.org/wiki/Isotopes_of_rhenium
[840] Atlas of nuclear isomers and their systematics. Ashok Kumar Jain and Bhoomika Maheshwari. Department of Physics, Indian Institute of Technology, Roorkee-247667, India: https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/47/104/47104610.pdf
[850] Противоречия в работах про стабильный изомер гафния: https://en.wikipedia.org/wiki/Hafnium_controversy
[860] Про «вращение» протона: https://www.quora.com/What-would-happen-if-a-proton-spun-very-close-to-the-speed-of-light
[865] RICHARD WILSON, The Excited States of the Proton, http://inspirehep.net/record/1381662/files/v1-n4-p128.pdf
[870] Экзотические атомы: https://en.wikipedia.org/wiki/Exotic_atom
[880] Теорема Ирншоу: https://en.wikipedia.org/wiki/Earnshaw's_theorem
[890] Теорема Гаусса: https://en.wikipedia.org/wiki/Divergence_theorem
[900] Про потенциалы ионизации многозарядных ионов: https://en.wikipedia.org/wiki/Ionization_energy#Electrostatic_explanation
[905] Ну да, собственно про скрэмджет: https://en.wikipedia.org/wiki/Scramjet
[910] Известные испытания скрэмджетов: https://en.wikipedia.org/wiki/Scramjet_programs
[915] Китайский скрэмджет WU-14: https://en.wikipedia.org/wiki/DF-ZF
[920] Статья про разные способы запитки ракет пучками: https://en.wikipedia.org/wiki/Beam-powered_propulsion
[930] ПТРК Фагот: https://ru.wikipedia.org/wiki/Фагот_(ПТРК)
[940] Рельсовый запуск: https://en.wikipedia.org/wiki/Non-rocket_spacelaunch#Electromagnetic_acceleration

Комментарии (226)


  1. KonkovVladimir
    05.02.2019 05:00
    #19709278

    Нейтральный диспрозий 163Dy стабилен. Но, будучи полностью ионизирован до 163Dy66+, превращается в радиоактивный с периодом полураспада в… 50 дней!

    Так и что здесь необычного? Бета-распад в связанное состояние, когда вылетевший из ядра электрон с низкой энергией захватывается на одну из орбиталей оболочки; в этом случае дочерний атом остаётся нейтральным.
    Для 163Dy бета-распад на свободный электрон энергетически не выгоден, а для 163Dy66+ электрон оказывается на 1S орбитали и появляется энергетический выигрыш, но он меньше чем энергия затраченная на полную ионизацию.


    1. eugeneb0 Автор
      05.02.2019 05:09
      #19709280
      +1

      Если бы это было энергетически выгодно, давно бы уже на этом реакторы делали. Но эффект красив и малоизвестен.


    1. Elordis
      05.02.2019 10:25
      #19710086
      +2

      появляется энергетический выигрыш, но он меньше чем энергия затраченная на полную ионизацию.

      Но ведь ионизировать (теоретически) мы можем на заводе, а выигрыш получать в ракете.


      1. eugeneb0 Автор
        05.02.2019 10:26
        #19710092

        Хм. Здравая мысль!


        1. DrSmile
          05.02.2019 20:29
          #19714194

          Вот только весь этот «выигрыш» будет приходится на нейтрино, с которого не то что снять энергию, даже обнаружить сложно.


  1. dfgwer
    05.02.2019 06:44
    #19709338

    А что насчет петли Лофстрома? В отличии от космического лифта, не имеет проблем с прочностью материалов.


    1. Zmiy666
      05.02.2019 07:08
      #19709364

      Уж больно крупное сооружение… можно начать с чего-то более простого. Например сделать электромагнитную пушку или еще какой рельсотрон в горах и пулять ей на орбиту небольшие объекты по 20-100 кг Вода, топливо, газы, материалы… все что может пережить высокие перегрузки и не особо ценное, но очень нужное. Там уже подбирать их с низкой орбиты и использовать для постройки/заправки нормальных станций и кораблей на марс/луну и в прочие интересные места… тот же корабль к марсу можно вывести пустым, сильно сэкономив вес, а потом напулять топлива и воды с пушки.
      И еще один момент… сейчас человечеству тупо нечем загрузить петлю. Ракеты полностью удовлетворяют все потребности. Нет никакого экономического смысла строить что-то столь эффективное — петля отработает пол года а потом все — все, кто хотел что-то закинуть на орбиту — просто кончаться. Пока запросы на доставку не превышают возможности ракетного парка хотя-бы в 2-3 раза — никто и не почешется делать эффективную замену ракетам.
      Интересно что думает Маск на счет петли… по-моему он мог бы ее реализовать.


      1. Silvarum
        05.02.2019 08:55
        #19709642

        Пулять с земли на орбиту физически невозможно, если у снаряда нет своей тяги, чтобы эту орбиту скорректировать после выхода из атмосферы. А со своей тягой уже никак не получится 20-100кг.


        1. oracle_and_delphi
          05.02.2019 09:37
          #19709830

          Парус коррекцию осуществить сможет?


          1. Silvarum
            05.02.2019 10:07
            #19709990

            Нет. У паруса тяга очень маленькая. Просто не хватит времени, до того как груз шлепнется обратно на землю.
            При варианте с пушкой ещё проблема со скоростью. Необходимая скорость лежит далеко в гиперзвуковом диапазоне. Тут не то чтобы на орбиту выйти, а как бы просто не сгореть и не развалиться от аэродинамических сил.
            Был такой концепт — StarTram. Предлагали по 130км туннелю с вакуумом разгонять до 8.7км/с с точкой выхода на высоте 6км. Теоретически, для коррекции орбиты нужно было бы всего 0.6км/с. А практически — сущий инженерный кошмар :)


            1. alexzeed
              05.02.2019 20:28
              #19714172

              Ну это смотря с чем сравнивать. Если с городским трамваем :) — ну да, кошмар. Если с космолифтом — то явно эта штука сильно реальнее. Во-первых, есть большой простор для оптимизации. Можно почитать на английской вики в статье StarTram предлавшиеся варианты — от относительно небольшой трубы, возможно дающей вообще только часть deltaV, до мегасооружения (Gen. 2) длиной 1-1.5 тыс. км с подъемом на высоту 22 км — но способного к запуску людей.
              Очень сильно на параметры будет влиять рабочее ускорение. Для начала можно создать систему для запуска на орбиту грузов, устойчивых к ускорению — частей собираемых на НОО станций и кораблей большой массы. Авторы утверждают, что для «закругления» орбиты достаточно 0.63 км/с — это достижимо простыми ТТРД, плюс совсем небольшие движки докоррекции орбиты и ориентации — и эта система сможет «набросать» небольшими частями на низкую орбиту фрагменты большой, в тысячи тонн, орбитальной станции или межпланетного корабля. Ну а людей туда пока возить обычными ракетами.
              Что касается «нечем загрузить такую систему» — если она даст падение цены на порядок, грузы найдутся (ИМХО).
              Да, кстати — у Лофстрома предлагалось держать большую петлю меньшими поперечными «поддерживающими» петлями — вот аналогичными можно держать и мегатрубу StarTram Gen2. Мечта террориста конечно, очень ненадежная система получится. Но вовсе не невозможная, никаких требований суперматериалов, как у лифта.


              1. Diordna
                05.02.2019 23:59
                #19715182

                Имхо компактность решает, петли и лифты хороши для луны/ астероидов а у нас атмосфера все испортит.


        1. Pro-invader
          05.02.2019 10:35
          #19710154

          А скажите пожалуйста, чем эта невозможность обусловлена? Выбросы с солнца вполне себе улетают, а там ускорение свободного падения огромно.


          1. RigelNM
            05.02.2019 10:54
            #19710250

            Потому что с ростом скорости до 11 км/с будет рости апогей, а перигей останется в точке запуска. При скорости свыше 11 км/с снаряд покинет окрестности земли и ляжет на гелиоцентрическую орбиту.


            1. ainoneko
              06.02.2019 10:11
              #19716542

              А если апогей будет «немного за Луной», чтобы она его перехватила?
              Можно ли сразу на лунную орбиту из пушки выводить?


              1. vanxant
                06.02.2019 11:59
                #19717290

                Именно на лунную орбиту — нет, нельзя.
                Можно пульнуть по самой Луне, если мы хотим кого-то там разбомбить.
                Также можно вывести в точку Лагранжа L1 или L2 (где притяжение Луны и Земли совпадают), но будет очень сложно попасть из-за атмосферы. Шаг влево-шаг вправо и снаряд долбанётся или об Землю, или об Луну.
                Вот с поверхности Луны по этим точкам стрелять можно. Ну точнее всё равно потребуется коррекция, но совсем не большая, в пределах 10 м/с.


                1. TheShock
                  06.02.2019 14:43
                  #19718632

                  Интересно, а можно пульнуть в сторону Луны так, чтобы получился гравитационный маневр и она подняла перигей выше Земли? Сколько там вообще Луна может дать скорости и сколько дать необходимо?


                  1. vanxant
                    06.02.2019 15:08
                    #19718854

                    Гипотетически наверное да, практически — тов. Келдыш докладывал тов. Королёву, что нет. Маневрировать в полёте всё равно придётся, и довольно ощутимо.
                    Потенциально возможный выигрыш получается очень не очень, порядка 1.5 км/с. Если уж «пулять» ради гравманёвров, то в сторону Венеры. Энергии нужно чуть больше, зато и даст она больше 7 км/с.
                    Впрочем, европейцы в уже нашем веке научились «ползать» короткими перебежками от планеты к планете, в том числе и через Луну. Собственно им нужно добраться до L1 системы Земля-Луна, а дальше за 200-300 м/с они могут доползти до почти любой точки солнечной системы. Цена, правда, — время полёта в десятки лет.


                    1. TheShock
                      06.02.2019 15:41
                      #19719136

                      Не-не, вы не поняли. В этой ветке мы обсуждаем гипотетическую возможность запульнуть катапультой объект на орбиту Земли:

                      Например сделать электромагнитную пушку или еще какой рельсотрон в горах и пулять ей на орбиту небольшие объекты по 20-100 кг Вода, топливо, газы, материалы

                      Увы, это невозможно. Катапультой можно поднять апогей, но не перигей. Но что, если мы пульнем так, что в апогее гравитация Луны нас ускорит и поднимет перигей выше Земли? Тогда, гипотетически, это возможно. Если там и правда можно набрать 1.5 дельты, то выглядит, словно этого должно хватить. Таким образом, из катапульты можно стрелять ежедневно в сторону Луны довольно дёшево и выводить на орбиту грузы (да, орбита стремная и грузы ограничены невероятными перегрузками и температурами).

                      Стрелять в сторону Венеры ради ее гравитационного маневра нету смысла — это не поможет вывести груз на орбиту Земли


                      1. vanxant
                        06.02.2019 15:48
                        #19719212

                        Один вопрос — а зачем, собственно, стрелять из пушки с Земли НА окололунную орбиту (даже после гравманёвра в вашей схеме апогей не снизится)? Что вы хотите туда везти такое, что не боится температур и перегрузок?
                        Топливо? Воду? Их уже есть на Луне. А вот с неё уже действительно можно «стрелять из пушки», т.к. нет атмосферы, и возможно проложить две рельсы рельсотрона хоть и 500 км длиной. И выходить примерно на ту же орбиту, что и у вас.


                        1. TheShock
                          06.02.2019 15:57
                          #19719328

                          На Луне, увы, нет инфраструктуры.


                          1. vanxant
                            06.02.2019 21:10
                            #19721180

                            Зато выигрыш такой, что…
                            Ну, если сегодня вам нужна 1 тонна воды/топлива на орбите, то сегодня вас попросят пройти в кассу.
                            Если 100 тонн, то в очередь на пару-тройку лет.
                            Если 1000, и у вас есть деньги, то пошлют в ниокр на минимум 10 лет.
                            Если 1000 тонн в неделю, то единственный вариант — построить инфраструктуру на Луне.


                            1. TheShock
                              06.02.2019 21:13
                              #19721194

                              Ну да. Тем более с Луны достаточно доставлять только кислород, а с Земли уже возить водород.


                              1. vanxant
                                06.02.2019 21:27
                                #19721260

                                Эээ а смысл? В литре воды примерно столько же атомов водорода, сколько в литре жидкого водорода.


                                1. TheShock
                                  06.02.2019 21:28
                                  #19721266

                                  А вес разный. И вода — это не топливо. А на Луне водорода, если мне не изменяет память, нету.


                                  1. oleg_go
                                    06.02.2019 21:34
                                    #19721282

                                    зато там воды в виде льда достаточно


                                  1. vanxant
                                    07.02.2019 01:04
                                    #19722046

                                    Водород без окислителя это тоже не топливо, максимум — рабочее тело. Зато возни с ним — мама не горюй. Масса теплозащиты, активного охлаждения, систем стравливания и дожигания, помноженная на потери, делает водород пригодным только для вторых-третьих ступеней стартующих с Земли РН.


                                    1. TheShock
                                      07.02.2019 02:49
                                      #19722250

                                      Окислитель весит значительно больше самого топлива. Даже если это керосин. Вода на Луне есть на полюсе, а это создает свои проблемы, на сколько я понимаю. Если нам хотя бы окислитель не придется тащить с Земли — это уже будет прогресс. Вместо водорода можно тащить любой другой горючий материал, но без кислорода)


                      1. chaynick
                        07.02.2019 11:52
                        #19723846

                        Перигей как бы можно поднять. Смотрите — дельтав на НОО с земли будет от 9,3 км/с. Если у нас дохренища энергии — то почему бы не поднимать перигей не гравитационным маневром а дать объекту дельтув в 10,5 км/с и за счет разницы в скорости на первом витке использовать АТМОСФЕРНЫЙ маневр и разменять кинетическую энергию на потенциальную?


                        1. vesper-bot
                          07.02.2019 14:11
                          #19724820

                          А сможете атмосферным маневром поднять перигей выше границы атмосферы? Если нет, то шмякнется всё равно, только на несколько витков позже. И по-моему, всё-таки не выйдет без движка поднять перигей в космос при старте из атмосферы.


                          1. chaynick
                            07.02.2019 14:57
                            #19725170

                            МКС тоже строго говоря в атмосфере, но ничего, летает. Атмосферное маневрирование это по сути смена вектора движения, если энергии у тебя много ты не только на орбиту уйдешь но и в межзвездное пространство.


                            1. sim31r
                              07.02.2019 17:53
                              #19726396

                              А при низком давлении работает аэродинамика, создается подъемная сила? Вроде там просто торможение, разница скоростей с газом большая, давление низкое, вся энергия уходит просто в нагрев.
                              Вот когда ламинарный поток крыло огибает, создается разряжение. А в космосе скорости сильно выше скорости звука, сомневаюсь что можно создать вектор усилия какой-то кроме встречного, просто на торможение.


                              1. chaynick
                                07.02.2019 18:22
                                #19726590

                                Орбитальная механика штука веселая. При старте с земли орбита будет высокоэллиптическая, причем перигей будет около точки старта, так как двигателей на снаряде нет. А точка старта у нас на земле… Так что снаряд в плотные слои попадет точно. А вот хватит ли аэродинамического маневра на то чтобы в реальности поднять перигей — черт его знает. Да и материалов таких нет чтобы выдержать нагрузки и перегрев при старте с земли на 10-11 км/с.


          1. Silvarum
            05.02.2019 11:14
            #19710410

            Улететь можно, а выйти на стабильную орбиту — нет. Даже если скорость снаряда превысит первую космическую скорость (но не вторую), траектория орбиты всегда будет проходить как минимум через начальную точку на поверхности Земли, если стреляли строго горизонтально (трение об атмосферу даже не берем в расчет). А если стреляли чуть вертикально, то и через поверхность позади. Без коррекции никак.
            Если думаете пульнуть и быстро подобрать груз с помощью корабля, который уже на орбите, то думаю, что экипаж не оценит снаряд, летящий на них со скоростью ~600м/с. :)


            1. Pro-invader
              05.02.2019 11:47
              #19710696

              Спасибо за ответ.


            1. TheShock
              05.02.2019 14:09
              #19711744

              Если думаете пульнуть и быстро подобрать груз с помощью корабля, который уже на орбите, то думаю, что экипаж не оценит снаряд, летящий на них со скоростью ~600м/с. :)

              600 м/с — это ведь очень мало. Если это груз топлива, который бесплатно закинут в космос. Ждем момент, выравниваем скорость, цепляем груз и назад разгоняемся. Дельта всего в 1.2 км/с, это в 10 раз меньше, чем с Земли этот груз вести.


              1. Silvarum
                05.02.2019 15:29
                #19712300
                +1

                Для сравнения после выхода на орбиту гугл говорит у шаттлов был бюджет 300м/с, у Союзов 390м/с. Хотя если пулять на высокие, сильно эллиптические орбиты, то такой маневр был бы более выгоден — там разницу скоростей для корректировки можно сделать сильно меньше.


                1. lgorSL
                  05.02.2019 15:46
                  #19712422
                  +1

                  Ещё за контейнером с топливом можно гонять не весь шаттл, а маленький "буксир". Ему надо будет где-то на 600м/с разогнаться, а потом (возможно, с использованием топлива из пойманного контейнера) перейти его на нужную орбиту. Если считать скорость истечения газов порядка 2км/с, то на подобные манёвры уйдёт не более половины доставляемого топлива.


                  1. sim31r
                    07.02.2019 10:30
                    #19723250

                    Наверное проще будет без буксира, груз с небольшим реактивным двигателем. Там не нужны запредельные параметры двигателя, простая одноразовая керосиновая «горелка», из дешевых материалов. Не 250 атмосфер давление в камере сгорания, а например 10, ниже температуры и т.п. Такой двигатель будет очень дешев и обойдется дешевле маневра буксира.


                    1. Bronx
                      08.02.2019 01:09
                      #19728022
                      +1

                      Только вся эта система должна быть предельно надёжной, потому что если в апогее будет отказ коррекции по любой причине, то никто на Земле не обрадуется возвращающемуся грузу.


                      1. sim31r
                        08.02.2019 01:51
                        #19728092

                        А что тут страшного? Сгорит в атмосфере или утонет в океане. Первые ступени вообще штатно падают в назначенном районе.


                        1. Bronx
                          08.02.2019 07:55
                          #19728542
                          +1

                          Если нагрузка выдерживает сверхвысокие перегрузки, то она достаточно плотная, а значит есть ненулевой риск, что эта неуправляемая болванка долетит до поверхности (или взорвётся как Челябинский метеорит) — и вовсе не на отведённом полигоне. Обычные ступени и КА не делают в расчёте на десятки-сотни g для стрельбы из пушки, поэтому они прекрасно рассыпаются.


                1. TheShock
                  05.02.2019 16:05
                  #19712582

                  Для сравнения после выхода на орбиту гугл говорит у шаттлов был бюджет 300м/с, у Союзов 390м/с
                  Это да, потому что на орбите не было огромных бочек с топливом, которые можно были легко захватить, набрав всего 600 м/с, а после этого иметь в запасе огромную дельту для захвата всех остальных.


                  1. realbtr
                    06.02.2019 09:56
                    #19716454

                    На орбите надо бы использовать более эффективные, но более грязные двигатели. Зачем туда химическое топливо возить тоннами? Туда нужно что-то тяжелое для ионизации возить, и ионизировать энергией ядерных или термоядерных реакций. Хотя, это, конечно, тоже не супергуд — загадить собственную орбиту ядерными отходами. Но всяко это подальше от атмосферы и, тем более, почвы. Лишь бы не падало в море и на фермы.


                    1. nightwolf_du
                      06.02.2019 10:00
                      #19716472

                      Загадить орбиту сложно, объем сферы растет как куб радиуса.


                  1. sim31r
                    07.02.2019 10:34
                    #19723266

                    К бочке с топливом проще приделать реактивный двигатель простой и она сама куда нужно долетит. Для разгона на 0.6 км/с потребуется простейшая конструкция. Это проще организовать хотя бы, чем маневрировать на орбите. Отправил и забыл, дальше всё автоматически.


      1. sim31r
        06.02.2019 02:52
        #19715584

        все что может пережить высокие перегрузки

        Перегрузки можно существенно снизить, если разгон ракеты начинать ниже уровня поверхности земли, например с глубины 5-10 км, а заканчивать разгон на вершине горы типа Эвереста, там и воздух более разрежен будет, в итоге можно получить до 18 км разгонной траектории.
        Даже людей можно так разгонять, пусть не до первой космической скорости, уже потребуется в разы меньше топлива, по сути только вторая ступень потребуется.


        1. MEG123
          06.02.2019 12:12
          #19717394

          слушайте, ну можно же посчитать прежде чем копать Эверест вглубь, это-же расчёты примерно на уровне пятого класса:

          1. При выводе на орбиту с вменяемым ускорением для человека (4g) «тоннель» нужен под 800 км длинной (после него всё сгорит прямо на моменте окончания тоннеля даже вакуумированного).

          2. Допустим пилотов не жалко и «нака вам 10g за воротник»: С вершины Эвереста копаем вглубь километров 25. В результате имеем только примерно 20% экономию на дельта v, т.е. придётся по рельсам каким-то святым духом гнать вверх стотонные ракеты, копать 25 километровые колодцы и всю инфраструктуру потом в пещере городить. Регулярно получать трупы на взлёте из за перегрузок и всё это ради того, чтоб получить сверхзвук на момент отрыва от поверхности, а потом ещё святым духом запускать движки за доли секунд, бороться с перегревом всего в атмосфере на такой скорости, грустно осознавать что это всё ради примерно 20-25% разгона, и мечтать вернуться на уютный ламповый космодром с «Союз»-ом где всё было просто, привычно, дёшево и стабильно.

          Тоже самое касается и всех проектов стокилометровых петель из троссов и прочих лифтов. Как концепт помериться письками в красоте идеи — годится, как система запуска для чего либо это смешно обсуждать по экономическим и прочим причинам. Тут каждый день по планете ветерком сносит вполне себе толстые дома, смерчами переворачивает гружёные вагоны, можно представить какого сечения нужны все эти тросы, петли и лифты, чтоб оно хотя бы не в первый же день рухнуло и смерчем не порвало бы. А потом пересчитать проект на годовую выплавку стали/углеволокна/нанотрубок/титана всей планетой и помножить на цену за тонну. На этом моменте мечтания и закончатся.

          Тем не менее стоит найти топливо такое-же предсказуемое как керосин, но с вдвое большей плотностью энергии на кг, и это пнёт нас вверх значительно сильнее чем все прожекты «лифтов до луны». Потому как топливо с удвоенной энергией это вовсе не вдвое меньшие ракеты, там выигрыш в зависимости от конструкции раз в пять и больше выйдет (считать предметно надо). И получится что сверхтяж с выводом под 100 тонн уже можно размером с Протон проектировать и пускать хоть раз в месяц задёшево. Так что поиск нового топлива намного перспективнее концептуальных прожектов.

          Автору статьи отдельный респект за собранную в кучу инфу!


          1. sim31r
            07.02.2019 10:58
            #19723434
            -1

            Расчеты на уровне пятого класса, но вы ничего не привели. Потому что там нужно пару часов потратить на моделирование как минимум ))
            1. Речь не шла о том, чтобы в тоннеле набрать на 100% нужную скорость. Даже 1% от первой космической скорости существенно повысит полезную нагрузку, или снизит массу ракеты при той же полезной нагрузке. Любая начальная скорость полезна, так как это позволяет существенно снижать стартовую массу ракеты. Именно поэтому и космодромы стремятся ближе к экватору.
            2. Если для вас 20% экономии на скорости это мало, то тут конечно нет смысла что-то далее объяснять. Ракета облегачается на половину первой ступени, можно запускать одноступенчатую ракету и т.п. Инженеры бьются за каждый грамм веса ракеты, а тут половина веса и не существенно.
            «Гнать вверх» не 100 тонн уже, а в разы меньше, это простая инженерная задача, выдавить вверх поршень пневматически гелием например, или электромагнитная катапульта, с такой ракеты можно отправлять хоть каждые 5 минут на орбиту, если будет потребность.
            Вопрос только в цене, если 1 запуск в месяц, то нет смысла, если запуски несколько раз в день, инфраструктура постепенно окупится. Но пока такой потребности нет.
            Электромагнитная катапульта в туннеле не отменяет и вашей идеи на счет нового топлива, разгон катапультой может снизить размеры ракеты в 2-3 раза, а эффективное топливо еще в 2 раза, в итоге ту же нагрузку выводит ракета весом не в 100 тонн, а 15 тонн.
            Плюс к тому полно грузов что выдержат перегрузку хоть в 500G, топливо для МКС и прочие расходники.


            1. MEG123
              07.02.2019 21:23
              #19727378
              +1

              1% от первой космической скорости существенно повысит полезную нагрузку

              Любая начальная скорость полезна

              Если для вас 20% экономии на скорости это мало, то тут конечно нет смысла что-то далее объяснять

              Ракета облегачается на половину первой ступени, можно запускать одноступенчатую ракету и т.п.

              Инженеры бьются за каждый грамм веса ракеты, а тут половина веса и не существенно.

              «Гнать вверх» не 100 тонн уже, а в разы меньше, это простая инженерная задача, выдавить вверх поршень пневматически гелием например, или электромагнитная катапульта, с такой ракеты можно отправлять хоть каждые 5 минут на орбиту, если будет потребность.

              разгон катапультой может снизить размеры ракеты в 2-3 раза

              Плюс к тому полно грузов что выдержат перегрузку хоть в 500G, топливо для МКС и прочие расходники.


              я вкратце привёл самое дикое из вашей речи. прежде чем описать предметно каждый пункт позвольте поинтересоваться, у вас техническое или хотя бы экономическое образование имеется?
              мне понять, в коня ли корм, или стоит сразу с вами согласиться от греха подальше


              1. sim31r
                07.02.2019 21:31
                #19727410
                -1

                Я вообще редко минусы ставлю…


      1. darthmaul
        06.02.2019 14:48
        #19718670

        На счёт загрузки — если петля обеспечит действительно дешёвую доставку грузов на орбиту, то быстро подтянутся частники с добычей сырья в космосе и загрузят её по максимуму.


        1. sim31r
          07.02.2019 11:03
          #19723482

          Низкая орбита ничего не даст особо, хоть бесплатно отправляйте, все равно далее потребуются колоссальные энергозатраты для межпланетного маневрирования. Будет в разы дешевле доставить образцы лунной поверхности или с комет, но все равно ценник, мне кажется, будет миллионы за грамм веса. Космические аппараты нужно будет разгонять до 30 км/с, тормозить, снова разгонять, снова тормозить. На этом фоне 8 км/с преодоления кажутся исчезающе малой величиной.
          Вот на МКС будет дешевле летать…


          1. TheShock
            07.02.2019 14:24
            #19724910

            Чтобы выйти на орбиту Марса с орбиты Земли надо где-то 3-5 км/с, что в 3 раза меньше, чем выйти на орбиту Марса с космодрома на Земле. А в 3 раза меньше скорости — это во много раз меньше масса топлива и сложность конструкции.


            1. sim31r
              07.02.2019 17:50
              #19726384

              И что делать на орбите Марса? Орбита пролетная? Чтобы привезти ресурсы, нужны сложные маневры достаточно.


              1. TheShock
                07.02.2019 18:06
                #19726468

                Сесть при помощи аэроторможения, к примеру. Или сеть GPS повесить.

                Суть в том, что, к примеру, Falcon Heavy может вывести на ГПО 27 тонн без возврата трех ступеней. Если мы потом хотим сесть на Марсе, то из этих 27 тонн у нас будет 4 тонны горючего, 16 тонн окислителя и 7 тонн полезной нагрузки. Если же мы можем по дешевке доставлять окислитель с Луны, то с Земли нам нужно будет везти только горючее и на ту же орбиту мы сможем привезти, к примеру, 10 тонн горючего, 17 тонн полезной нагрузки, а 40 тонн окислителя — с Луны.

                Ну или с Земли доставить всего 4 тонны горючего + 7 тонн полезной нагрузки, для чего хватит две Falcon 9 с возвратом.


              1. darthmaul
                07.02.2019 18:06
                #19726470

                Манёвры в вакууме и без людей. Ставим десяток kilopower (или солнечных батарей побольше — что выгоднее надо считать) и неспеша ионниками или VASIMR-подобным плазменным двигателем набираем/гасим скорость. А если ещё ТЭМ построить (сейчас он мало нужен, только для дальних полётов беспилотных зондов, но с ними проще подождать пока ионники наберут скорость) то можно осваивать ресурсы в промышленных масштабах.
                UPD. Как по мне, всё упирается в две вещи: вывод груза на орбиту и в людей. Но проблема с людьми решается постройкой достаточно крупных аппаратов, возможно даже с искусственной «гравитацией» (вращение) и с ядерным источником энергии. А постройка таких вещей «упирается» снова в вывод груза на орбиту. Можно ещё заметить что космическая техника стоит огромных денег и что даже с бесплатным выводом на орбиту освоение космоса будет дорогим. Но ведь ключевая сложность космической техники — требования к массовому совершенству, мелкосерийное производство и требования к надёжности. С дешёвым выводом на орбиту это всё отпадает.


  1. cptnFlinn
    05.02.2019 07:06
    #19709360

    Спасибо, что оставили хотя-бы шанс фантастам оказаться правыми с «космическим лифтом» ;)
    Жду финальную часть, чтобы дать искреннюю оценку Вашей работе!


    1. dfgwer
      05.02.2019 07:23
      #19709404

      На телах поменьше, почему бы и нет. На Луне например, gR — в 22 раза меньше, можно обойтись стальным тросом.


      1. dfgwer
        05.02.2019 09:19
        #19709748

        Хотя на самой Луне не получится, слишком медленно вращается. Космический трос натягивается за счет вращения.


        1. CharlesFrost
          05.02.2019 11:03
          #19710322

          Ну так раскрутить значит её слегонца.
          Впрочем, если раскрутить чуточку сильнее, то любый объекты будут улетать с экватора сами. Экономия!


          1. Lexxnech
            05.02.2019 13:09
            #19711354

            Если мы можем раскрутить Луну, то орбитальный лифт нам уже не особо нужен.
            Для раскрутки Луны до одного оборота в земные сутки нужно приложить к ней порядка 65 зеттаватт-часов кинетической энергии. Этого достаточно, что бы разогнать до скорости 11,2 км/c порядка 370 триллионов тонн.


            1. vesper-bot
              05.02.2019 16:44
              #19712914
              +1

              А вот Луну можно пробовать раскручивать парусом. Уйдет, правда, куча времени, но можно будет на обратную сторону посмотреть в телескоп.


              1. Lexxnech
                05.02.2019 21:28
                #19714510

                Не поможет, пока парус не будет, как минимум, сравним с Луной по площади. Луну будет тормозить приливное взаимодействие Земли, которое один раз уже затормозило ее вращение до сегодняшнего состояния.


                1. vesper-bot
                  06.02.2019 12:07
                  #19717350

                  А разве приливное взаимодействие не требует жидкой массы под поверхностью? Луна вроде как не имеет жидкого ядра (пока имела, останавливалась и остывала, потом синхронизировалась, потом остыла). Сама физика стабилизации «гантели» на орбите направлением на центр масс предусматривает потери энергии на колебания связывающей системы, а в твердой Луне и колебаться толком нечему.


                  1. Lexxnech
                    06.02.2019 15:14
                    #19718910

                    Нет, не требует. Мелкие каменные спутники точно так же синхронизируются. Сила то при вращении постоянно по разному прикладывается к разным частям спутника. А тела эти не являются абсолютно жесткими.


              1. sim31r
                07.02.2019 11:08
                #19723520

                Даже без паруса можно, рабочее тело бесконечно по сути, остается разгонять булыжники и отправлять в космос, прикладывай энергию и всё. Только непонятно зачем. Покинуть Луну и так не сложно.
                Можно раскрутить для улучшения климата, чтобы поверхность не успевала замерзать ночью и не перегревалась днем. Или наоборот, сделать вращение синхронно с вращением вокруг Солнца, одна поверхность постоянно освещена, удобно для выработки энергии, другая в тени, удобно для криотехнологий.
                Сейчас Луна имеет ценность как защита от Земли, для радиоастрономии, например, земные помехи экранируются Луной, тоже удобно.
                Другое дело что можно замедлить удаление Луны, снизив её скорость вращения вокруг Земли, там 3 см в год скорость всего…


            1. Elmot
              05.02.2019 17:43
              #19713272

              Можно проложить круголунную железную дорогу и крутить тележкупо ней вокруг луны. Может и прокатить, тк сопротивление атмосферы отсутствует.


              1. Lexxnech
                05.02.2019 21:25
                #19714496
                +1

                Прокатить то может, вопрос только в том, сколько времени это займет. Если катать такую («такую» в смысле «такую огромную») тележку, что она будет непрерывно передавать ~750 гигаватт энергии (Мне лень считать, сколько она должна весить. Много.), то на раскрутку уйдет миллион лет.
                Но если мы можем по экватору Луны пустить даже такую тележку, то зачем нам к этому моменту орбитальный лифт на Луне?


        1. adictive_max
          05.02.2019 11:06
          #19710352

          На самой луне можно для ракет делать стартовый разгон тупо по рельсам вдоль поверхности, там атмосфера не мешает.


          1. CharlesFrost
            05.02.2019 22:16
            #19714746

            Можно ещё интереснее сделать. Представьте, что Луна по экватору опоясана кольцом из рельсов. По ним запускаем сверхбыстрый поезд. Грузим на платформу этого поезда некий спутник и начинаем разгон. По достижении «первой космической» для Луны (1697.06 м/с) в поезде наступает невесомость, а при дальнейшем разгоне сменится вектор G. И в это время начинаем плавно отпускать спутник, привязанный тросом к нашему поезду, вывешиваем на нужную высоту и корректируем скорость поезда, чтобы спутник вышел на стабильную орбиту. Отцепляем трос. ))
            Тем самым, можно достаточно быстро вывести его на сверхнизкую орбиту даже без коррекции со стороны самого спутника. :)


            1. sim31r
              06.02.2019 02:58
              #19715598

              Проще сделать тоннель в 20 км и разгонять груз до нужной скорости, сразу в нужном направлении, до нужной скорости.
              Но в вашем примере можно и принимать грузы.


        1. lgorSL
          05.02.2019 13:25
          #19711476

          По моим прикидкам получилось, что это расстояние в 50 раз больше радиуса луны. В принципе, не смертельно, но, наверно, влияние притяжения Земли будет очень сильно влиять.
          R — радиус луны, R*x = наш радиус.
          w^2 * xR = 0.165 g / (x^2)
          Отсюда x^3 = 0.165 g / {w^2 * R}


          1. flx0
            05.02.2019 13:44
            #19711606

            Так как Луна к нам всегда одной стороной, трос можно "свесить" с нее в сторону Земли (его центр масс при этом должен оказаться от Луны чуть дальше чем L1). При этом он еще и запущенные с Земли грузы (на высоких эллиптических орбитах) сможет подбирать по принципу Skyhook


            1. dfgwer
              05.02.2019 20:37
              #19714250

              расчеты в .ods
              Посчитал с учетом центростремительного ускорения, получилось длина троса в 345 тысяч километров, 37тысяч км до центра Земли. Она будет мешать геостационарной орбите! С другой стороны, не надо далеко летать, достаточно подпрыгнуть на ~31000 км и зацепиться за трос.
              Мне кажется, что я ошибся где-то.


      1. sim31r
        06.02.2019 02:54
        #19715590
        +1

        А зачем? С Луны можно запускать электромагнитной катапультой. А трос будет мешать спутникам Луны.


  1. alex103
    05.02.2019 07:09
    #19709372

    Что то от меня ускользает…
    Пусть мы имеем аккумулятор размером с автомобильный, весом в 100 кг. и энергией всех ступеней «Протона»…
    Как у нас ракета выглядеть будет?? ))
    (не в смысле внешнего вида, хотя и это тоже..)


    1. dfgwer
      05.02.2019 07:16
      #19709390

      Скорее всего как Спейс Шаттл с воздухозаборниками и без внешних баков и ускорителей. Рабочее тело в воздухе берет снаружи, выше воздуха запасенный во внутренних баках. Грузоподъемность не будет впечатляющей, зато без отделяемых ступеней.


      1. JamboJet
        05.02.2019 13:57
        #19711676

        Здрасьте, вы изобрели атмосферный челнок из вселенной BattleTech (где боевые ходящие роботы).
        Внутре — термоядерный реактор размером с баскетбольный мяч, э/энергия греет рабочее тело и выбрасывает его. Само рабочее тело — любое жидкое или газообразное, набирается на планете посадки.


        1. TheShock
          05.02.2019 14:11
          #19711760

          Само рабочее тело — любое жидкое или газообразное
          Интересно, а может быть твердое? Насколько выгодно нагревать и выбрасывать в качестве рабочего тела гравий?


          1. vasimv
            05.02.2019 18:07
            #19713382

            Сначала придумайте из чего делать корпус ядра реактора, который бы не разрушался при температуре плавления/испарения гравия. :)


            1. TheShock
              05.02.2019 18:33
              #19713516

              Увы, я вообще в этом не разбираюсь. А в чем делают плазму? Какие материалы используются в Токамаке или Стеллараторе, где температура — 150 миллионов градусов цельсия?


              1. vasimv
                05.02.2019 19:23
                #19713792

                Там плазму магнитным полем держат. Только непонятно как туда гравий сыпать.


                1. TheShock
                  05.02.2019 19:27
                  #19713820

                  Лопатой внутрь забрасывать?


                1. ThunderCat
                  05.02.2019 19:37
                  #19713872

                  так магнитное поле прозрачно для гравия, ковшом сверху )


                  1. TheShock
                    05.02.2019 20:15
                    #19714098

                    Блин, я так и представляю на космическом корабле будущего загоревшего от жара кочегара, который забрасывает из кучи гравий в плазму Токомака.


                    1. vanxant
                      05.02.2019 21:43
                      #19714584

                      Я, может, когда-нибудь таки разрожусь статьей со своим концептом атомного космического паровоза, вам понравится.
                      Он правда не на гравии работает, в смысле рабочего тела, а на кометном снеге — т.е. водяном снеге с существенными (до трети) примесями сухого льда, метана, этана, ртути, даже песка. Но да, бравые астероидокопатели будущего смогут поймать любой космический «снежок» и заправить свой пепелац буквально лопатами.
                      Самый цимес, что греется всё это высокотемпературным ядерным реактором, топливо для которого — шарики плутония в трёхслойной углеродной оболочке — тоже можно засыпать лопатой с одной стороны реактора, а доставать «угольки» — с другой.


                      1. TheShock
                        05.02.2019 22:02
                        #19714688

                        Так давайте не «когда-то», а поскорее


                      1. vasimv
                        06.02.2019 02:50
                        #19715580

                        Pebble bed reactor с прямым нагревом рабочего тела? Не уверен, что графит выдержит механическую нагрузку. В реальности в таких реакторах воду не нагревают до такого состояния, что пар какую-то реальную механическую работу совершает, там вода только передает тепло ко второму контуру. И то, инциденты с PBR как раз и заключались в разрушении оболочки топливных капсул.

                        Ну в неочищенной воде могут быть такие примеси, что графит просто растворят. Металлическая оболочка топливных стержней/капсул все-таки более реалистична в данном применении.


                        1. vanxant
                          06.02.2019 06:45
                          #19715858

                          Не-не-не, первый контур — гелий, второй — дистиллированный водяной пар (ну, насколько он может быть «дистиллированный» в условиях активации кислорода мощным нейтронным потоком). А кипятильник — вообще в конце контура охлаждения, уже после турбин и радиаторов. Дальнейший нагрев рабочего тела электричеством с турбин.


                          1. vasimv
                            06.02.2019 08:30
                            #19716076

                            Эммм… А где там место для кочегара, кидающего лопатой атомы в атомную топку?


                            1. vanxant
                              06.02.2019 09:53
                              #19716438

                              Возле откидной крышки АЗ реактора, где ж ещё:)
                              Свинцовые трусы прилагаются.


                  1. vasimv
                    05.02.2019 20:17
                    #19714110

                    Получится резкий всплеск давления плазмы из-за испарившегося гравия и магнитное поле ее уже не удержит. Если вообще сразу все не заглохнет. Тут как бы еще одна проблема — нужно передать тепло от ядра к рабочему телу. Без каких-то стенок из теплопроводящего материала — это малореально. Ну и да, лопата примагнитится к собственно магнитам, просто так не покидаешь.


                    1. TheShock
                      05.02.2019 20:29
                      #19714192

                      Получится резкий всплеск давления плазмы из-за испарившегося гравия и магнитное поле ее уже не удержит
                      Так мы ведь этого и хотим, разве нет? Главное направление ведь задать — противоположное от того, куда мы хотим лететь. Лопата гравия даст нам 100G, ложка гравия — 1G.


                      1. vasimv
                        05.02.2019 21:00
                        #19714358

                        Хотим, но в сопле, а не в плазме термоядерного реактора. Стабильное удержание плазмы само по себе проблема, а когда вы на несколько порядков хотите резко повысить ее давление, бросив в него нефильтрованный мусор — будет просто сломанный реактор. Нужна какая-то изоляция ядра от рабочего тела. И эта изоляция должна как выдерживать температуры и механические нагрузки, так и еще быть очень хорошим теплопроводником.

                        Собственно, гравий сыпать проще в обычный ядерный реактор. У него там нет такой локализации места выделения энергии, объем большой и можно, скажем, просто разместить рабочее тело брусками между топливными сборками. Правда, скорее всего, сами стержни будут разрушаться вместе с испарением рабочего тела, и вся радиоактивная фигня на выход пойдет, но зато получится одноразовый ядерный твердотопливный ускоритель.


                        1. TheShock
                          05.02.2019 21:03
                          #19714370

                          Правда, скорее всего, сами стержни будут разрушаться вместе с испарением рабочего тела, и вся радиоактивная фигня на выход пойдет, но зато получится одноразовый ядерный твердотопливный ускоритель.
                          Вот это круто! И уже доступно на наших технологиях. И какой выход результата может дать такой подход? Насколько больше дельты на единицу массы он может выдать?


                          1. vasimv
                            05.02.2019 21:11
                            #19714420

                            Про выход не знаю, но громадное радиоактивное загрязнение оно даст точно. Проще все-таки воду/водород/воздух подавать в реактор и получившимся газом разгоняться. Это даже уже работало (Kiwi/Nerva/РД-0410 и, по непроверенным сведениям, волшебная ракета Путина). Но все равно есть угроза большого загрязнения даже при нормальной работе, не для обитаемых (или тех, которые хотим сделать обитаемыми) планет.


          1. Quarc
            05.02.2019 19:07
            #19713704

            Думаю, что при наличии термоядерного реактора, без разницы, что нагревать, а гравий хранить проще чем жидкости или газы.
            PS: температура кипения, вероятно будет около 3000?.


            1. darthmaul
              06.02.2019 02:58
              #19715596

              Гравий кидать надо не в реактор, а в плазмогенератор движка. Т.е, но борту реактор (на открытых ловушках и с МГД), питает плаземогенератор (большая микроволновка на сверхпроводниках) — туда и кидать гравий. Испарившись и ионизировавшсь, гравий устремится к соплу под действием магнитного поля двигателя.


              1. sim31r
                06.02.2019 03:09
                #19715618

                Или лазером греть гравий, он будет испаряться и появится реактивная тяга. Фемтосекундные лазеры позволяют достигать огромных температур и давлений, например.


                1. vanxant
                  06.02.2019 06:46
                  #19715864

                  Только КПД у лазера заставляет плакать. :(


                  1. sim31r
                    06.02.2019 11:13
                    #19716978

                    До 30% КПД вообще-то. Это у фотонного двигателя КПД заставит плакать )


                    1. vanxant
                      06.02.2019 11:34
                      #19717124

                      А остальные 70% — низкопотенциальное тепло, которое нужно резко отводить, чтобы не расплавить лазер. И куда?


                      1. sim31r
                        06.02.2019 14:48
                        #19718668

                        Это зависит от мощности общей. А она может быть 10 Вт, например. Если это какой-то зонд межпланетный, спешить некуда. Постепенно разгонится до нужной скорости.


                        1. darthmaul
                          06.02.2019 15:49
                          #19719236

                          Да, но у микроволновки КПД больше. И конструкция проще, не требовательна к чистоте рабочей камеры да и понадёжнее. И мощности давно достигнуты необходимые, хоть мегаваттами накачивай.


              1. TheShock
                06.02.2019 03:23
                #19715644

                Испарившись и ионизировавшсь, гравий устремится к соплу под действием магнитного поля двигателя.
                А у него есть преимущества перед более популярными газами или жидкостями?


                1. adictive_max
                  06.02.2019 06:58
                  #19715880

                  «Гравий» в данном случае — это синоним к «первый попавшийся под руку мусор, которого всегда и везде в избытке».


                  1. TheShock
                    06.02.2019 14:39
                    #19718592

                    Я под «гравием» имел ввиду твердое вещество, ибо обычно там используется газ.


              1. vasimv
                06.02.2019 03:24
                #19715646

                Прямой нагрев рабочего тела реактором имеет смысл потому что КПД за 90%. А так теряется сразу больше половины на то, чтобы нагрев ядра реактора преобразовать в электроэнергию. В общем, гравий — хреновый выбор, вода и жидкий водород — самое реальное, их можно прямо в активную зону подавать (ядерного реактора, с термоядерным токамаком/стеллатором — непонятно как, так как удержание плазмы в них и без того еле-еле получается).


                1. darthmaul
                  06.02.2019 12:41
                  #19717620

                  Речь же про термояд, туда в активную зону ничего нельзя помещать кроме топлива. А МГД на сверхпроводниках должен иметь большой кпд. Собственно прямым преобразованием он и интересен — по удельной мощности и плотности энергии и обычный реактор на быстрых нейтронах более чем достаточен, вся сложность в преобразовании энергии.


              1. Quarc
                06.02.2019 11:47
                #19717226

                Ну я как бы и не предлагал закидывать гравий внутрь контура реактора :-), предполагалось использовать снимаемую энергию для испарения мусора.


    1. eugeneb0 Автор
      05.02.2019 07:32
      #19709428

      Примерно как и обычная ракета. Но рабочего тела поменьше. И принцип ускорения этого тела другой. Не сжигать, а разгонять энергией из батареи. Как самый примитивный вариант — в электротермическом двигателе, например.

      В чуть более общем виде — существует целое семейство электрических ракетных двигателей. У них очень высокая цена тяги (порядка 100 кВт на Ньютон, против 3-5 у химического двигателя), поэтому тяговооружённость у них низкая и для вывода на орбиту ими не пользуются. Но ежели вдруг на борту обнаружится лёгкий, но чрезвычайно мощный источник энергии, то тут-то они и смогут выступить в первые ряды.


      1. darthmaul
        06.02.2019 03:09
        #19715616

        А почему бы не сделать воздухозаборники? Вроде с обычными ГПВРД проблема в поддержании горения и подаче достаточного количества кислорода в камеру сгорания, с электротермическим или ядерным источником теплоты должно быть попроще.


  1. xixi
    05.02.2019 08:38
    #19709578

    4.4.3. Запитка ракеты… по проводам!

    Так кто мешает эти провода в виде рельс на 10 км высоту… За 100км пути вполне можно раскочегаривать отправляемое до первой а то и второй космической. Да дорого, зато очень многоразово.


    1. DGN
      05.02.2019 09:20
      #19709752

      Собственно атмосфера и мешает. Если же мы сделаем вакуумированную трубу, то выход ракеты в атмосферу на высоте 10км со скоростью первой космической будет равносилен удару в бетон.

      Реально пережить разве что километр в секунду, а ради него строить это чудо света (мост 100км протяженностью и 10км высотой) нет никакого смысла.


      1. oracle_and_delphi
        05.02.2019 09:31
        #19709804

        А если сделать бустер с прямоточными двигателями?


        1. xixi
          05.02.2019 09:52
          #19709900

          этот бустер должен через всю ракету прямоточить…


      1. xixi
        05.02.2019 09:51
        #19709894

        мост можно строить на существующей горе. мало 10, где до 3.5кмсек вполне можно разогнать, 10 махов, подними на 20.


        1. eugene_bb
          05.02.2019 17:46
          #19713282

          Можно сделать гигантскую летающую платформу (несколько километров радиусом), по типу дирижабля, на подогретом гелии. В принципе должно с минимальным расходом энергии, достаточно высоко висеть. Туда летать самолётом, а с неё уже запускать разное.

          Также на неё лифт опустить, а не на землю. Там конечно выигрыш будет километров 10-12, но разница может быть будет достаточной чтобы потенциально что-то получилось.

          Или несколько на разной высоте, чтобы заоптимизировать.


          1. Diordna
            06.02.2019 01:59
            #19715470

            Ветром сдует


            1. eugene_bb
              06.02.2019 20:05
              #19720870

              Она и не планируется быть привязанной. Пусть дует, на высоте 10км, скорость ветра достигает 50-70 м/с, так что пусть летает на экваторе и по ветру.

              Ставим ядерный реактор от подводной лодки, магнитные рельсы, в момент запуска поднимаемся на максимальную высоту, разгоняем платформу на максимальную собственную скорость, наклоняем платформу и производим запуск.


              1. Diordna
                06.02.2019 20:59
                #19721132

                ну-ну


      1. vesper-bot
        05.02.2019 16:54
        #19713012

        Хмм, что-то не верится, что прямо как в бетон. Да, внезапное сопротивление среды, да, в принципе потребует серьезной теплозащиты и, если меня не глючит, сопротивление будет реально бешеным, в 64 раза больше обычного для ракет на этой высоте. Тогда вопрос, на какую высоту нужно поднимать вакуумную трубу, чтобы сопротивление атмосферы не спалило выводимый девайс?


        1. oleg_go
          05.02.2019 17:22
          #19713130

          Помнится Маск жаловался что температурные нагрузки растут как четвертая степень от скорости. То есть температурные нагрузки (иными словами сопростивление среды) будут всего лишь в 4 тыс. раз выше чем для скорости 1 км в сек. Не как в бетон — просто сгорит к черту и всё.


          1. vesper-bot
            05.02.2019 18:13
            #19713418

            Ого, там 4-я степень — мдаааа, это я малех пропустил. Тогда да, и тогда, кстати, несчастная Большая Петля тоже не взлетит — разгоняемые ей «трамваи» даже на 80 км высоты будут перегреваться в хламину, если запускаться будут на 8 км/с. На 3-4 км/с ещё вариант, но доускорять-то чем?


          1. vesper-bot
            06.02.2019 18:39
            #19720400

            Хм. Вот тут сказано, что на 100 км плотность атмосферы 5.55е-7 кг/м^3, если прикинуть, что плотность убывает экспоненциально от высоты (видел в другом месте график в логарифмическом масштабе, похожий на прямую на 20+ км), то на 80 км плотность получается 1.12е-5 кг/м^3, что создает не настолько большой уже поток тепла на разгоняемый девайс, на 10 км/с выходит что-то около 50 кВт на квадратный метр (если на порядок не ошибся), это хотя бы отвести можно уже. Может и взлетит.


      1. Dorogonov_DA
        05.02.2019 21:42
        #19714578

        А если в трубе будет остаточное давление? Заткнуть выходной конец трубы легкоразрушимой мембраной, или просто крышкой, сдёргиваемой при выравнивании давления с атмосферным? Условная ракета, ускоряясь в трубе в сильно разряженном воздухе будет создавать перед собой бласть повышенного давления, и в момент выравнивания давления перед ракетой с атмосферным — верхний конец будет разгерметизироваться. Нет перепада давления — нет удара об атмосферу.

        Больше того — часть «первой ступени» по факту можно разместить на земле, сделав что-то вроде мощного стационарного компрессора, или вышибного заряда. В итоге мы вернулись к пушечной схеме Жюля Верна, с тем лишь отличием, что дуло пушки заткнуто до момента приближения к нему «снаряда».


        1. DGN
          05.02.2019 21:56
          #19714650

          Для полноты понимания процесса, проще всего представлять воздух не как какой то упругий материал, а подойти с позиции температуры. Которая, как известно, функция от скорости столкновения молекул вещества (для газов). Даже если ракета толкает перед собой воздух с первой космической, при соприкосновении с атмосферой вдруг резко появится область с температурой около 8000К (но это не точно). И эта, высокотемпературная область, будет к тому же уплотненной. То есть, будет даже хуже, чем влететь просто обтекателем.


          1. sim31r
            07.02.2019 18:14
            #19726530

            8000К и что? Там время взаимодействия 3 секунды, металл с высокой теплопроводностью даже не заметит, особенно в разряженном воздухе. Но, скорее всего, есть что-то еще, эррозия механическая, газ может механически деформировать металл и далее поврежденные участки будут по нарастающей разрушаться. Нужно моделировать.


      1. santa324
        06.02.2019 14:01
        #19718218

        А возьмем и пустим впереди болванку, которая расчистит от атмосферы тоннель для полезного груза )
        Надо правда считать поглощенное тепло, как бы не расплавилась болванка и не накапала на полезный груз… и увернуться от нее надо когда догоним…


        1. MEG123
          06.02.2019 18:44
          #19720434

          и увернуться от нее надо когда догоним…

          догоним примерно сразу на выходе из тоннеля. чтоб не догнали на болванке нужны движки и топливо для них.

          Итого, отдаём космодромы под свинофермы, они не нужны же. Копаем трубу. Заводим на рельсы сотню мегаватт электричества (уже смешно, да) чтоб весь этот цирк ускорялся. Заводим ещё столько же для болванки. Строим заправочные станции и заводики по сжижению кислорода для болванки. Заправляем болванку топливом и окислителем. Помолясь запускаем. Считаем вероятность успеха: что болванка в трубе не дала в нос кораблю (между ними метры, скорость километры в секунду), что болванка запустила вовремя движки ровно на столько сколько нужно (плюс минус процент — или жопой в корабль или конец разрежению между бедолагами и счастливые угольки вместо корабля. Строим рядом с трубой кладбище. Строим через тысячу км от трубы циклопическую мишень куда болванка будет попадать, если повезёт. строим рядом пару атомных реакторов которые мгновенно умеют выдавать и прекращать по гигаватту.

          Радуемся движухе.

          Возвращаемся на космодром, трубу, мишень, заводики, реактор списываем с резюме: «ну не шмогла».
          Продолжаем пускать обычные ракеты и радоваться если удаётся сделать возвратными вторые ступени.

          концепт трубы/электрокатапульты/рельсотрона для нашей планеты утопичен («бессердечная ты сука, гравитация и плотная атмосфера — подруга твоя»(с)). Ни нормально ни дёшево обычные грузы на нём не запустить.


          1. santa324
            07.02.2019 14:23
            #19724898

            Вы забыли что болванка может иметь очень острый конусообразный нос. Чем он острее тем меньше импульса будет получать болванка от воздуха на свехзвуке. До бесконечности его конечно по техническим соображениям не заострить… но давайте сделаем оценку сверху:
            Скорость болванки 11км/с, скорость звука (и примерно такая-же скорость молекул воздуха) примерно 330 м/с. Если болванка шире груза скажем на 1 метр с каждой стороны, то за болванкой воздух сойдется до диаметра груза за 1/330 с, за это же время болванка пролетит 33м.
            Допустим именно 33м у нас расстояние от болванки до груза. При плоском носе тормозное усилие на единицу площади сечения болванки (1 кв.м.) примерно равно произведению квадрата скорости на плотность воздуха *2, на старте (с высоты 10км) это около 100 000 000 Н. Но уже через 3с полета эта сила упадет почти в 100 раз вместе с давлением воздуха. Для простоты положим что тормозное ускорение постоянно и равно начальному (оценка сверху же). Что-бы груз догнал болванку в 33м от него за 3с — болванка должна тормозить с постоянным ускорением 7.3 м/с^2. Такое ускорение сила в 100 000 000 Н дает грузу массой почти 14000 тонн.
            Это слишком много на 1 кв.м. сечения. Но если нос острый в виде конуса, то эта величина падает в (1-cos(a))/2 раз где a — угол конуса. Что-бы получить приемлемую величину, скажем в 70тонн, нужен угол в 8 градусов — это длина конуса в 7 раз больше его диаметра, не запредельно. И это мы еще пренебрегли падением давления в процессе полета первые 3с.
            P.S расчеты проверял, но простите если обсчитался где…

            Хотя, действительно, может просто сделать очень острый обтекатель? )


            1. sim31r
              07.02.2019 18:09
              #19726488

              Хотя, действительно, может просто сделать очень острый обтекатель? )

              Обтекатель и есть та самая болванка, зачем их разделять было. Можно сделать тяжелой, она и удар смягчит. Еще вопросы к нагреву, нужно 3 секунды выдерживать поток тепловой энергии и механические нагрузки. Для стали нагрузка может быть 290 МПа, для меди в 3 раза меньше, зато она лучше отведет тепло. Есть еще керамика, но она более хрупкая.
              Еще при разрушении конуса будет ухудшаться его аэродинамика, тут тоже надо подумать над этим.
              И почему скорость 11 км/с? Возможно есть оптимальная скорость по соотношению цена/качество. Например 0.3 км/с, при которой вообще нет проблем с давлением воздуха. При этом на несколько процентов улучшается грузоподъемность ракеты, или масса ракеты снижается при той же нагрузке. Это вполне заметная экономия, вся масса топлива уже разогнана, первые секунды ускорения самые энергоемкие.
              Может 1 км/с, тогда можно делать одноступенчатые ракеты. Ускорение в трубе по сути заменяет первую ступень, а вторая работает уже в более оптимальных условиях, в вакууме, ниже масса ракеты чуть ли не в 2 раза (надо уточнить), ниже требования к двигателям, они могут быть легче и слабее.
              Так же можно ориентироваться на 2-3 км/с и любые другие числа. Выше скорость, больше сложностей, но и дешевле при массовом использовании.
              Именно для современных материалов, вероятно, есть какая-то скорость, при которой нет проблем с обтекателем, но проявляется существенное удешевление запусков. Возможно это такая скорость, что позволит отказаться от первой ступени. Вторая ступень одна это значительное удешевление.


              1. MEG123
                07.02.2019 21:45
                #19727470

                Именно для современных материалов, вероятно, есть какая-то скорость, при которой нет проблем с обтекателем, но проявляется существенное удешевление запусков. Возможно это такая скорость, что позволит отказаться от первой ступени. Вторая ступень одна это значительное удешевление.

                я вас расстрою, нет такой скорости которая оправдала бы такие чудовищные проблемы, которые породит ваш передвижной рельсотронный цирк. Размер геморроя на порядки в деньгах и технических проблемах будет превосходить ту экономию грошового керосина которая есть в первых ступенях.


                1. sim31r
                  07.02.2019 21:51
                  #19727488

                  Кроме экономии керосина будет
                  — экономия кислорода, криожидкость, не самая дешевая
                  — экономия на движках, их потребуется меньше и более слабые, более дешевые
                  — экономия на габаритах, транспортировке, логистике ракеты и её компонентов
                  — при некой пороговой скорости вообще экономия на первой ступени.


                  1. MEG123
                    07.02.2019 23:38
                    #19727806
                    +2

                    эта экономия будет исчезающе мала на фоне многокилометровых рельс по которым летает со скоростью 8км/с (а хоть и в три раза ниже) ваша одноступенчатая ракета (да пофиг что будет летать) это десятилетия разработок и неудач коллективов в сотни и тысячи человек, это миллионы тон цемента и стали, это гигаватты подстанций. это сотни миллиардов долл. только чтоб вы сказали «а, ну не получилось, но идея была красивая».
                    Критичность мышления — это важная штука, так то.


                    1. u010602
                      08.02.2019 12:57
                      #19730100

                      Я не утверждаю, что идея вашего оппонента рабочая. Но критичность мышления нужно применять не только в виде «все новое фигня». В данном случае конечно вложения нужны большие, а экономия будет при массовых запусках. И тут нужно прикинуть насколько массовым должен быть космос, чтоб это стало выгодным и окупилось за скажем 20 лет.
                      Например если делать 100 запусков в день, какая экономия керосина будет в год?

                      В отношении работы в скафандрах и не летающих вертолетом. Ну так если вы строим рельсы — почему-бы рельсы на Эверест не проложить? Я так понимаю нам нужен трамплин-туннель. Его можно начать рыть у подножья, при помощи стандартного щита, за ним же сразу рельсы прокладывать и бетонные работы делать. По мере приближения к вершине — повышать давление внутри туннеля, он ведь все равно нам нужен герметичный, а значит его надо сразу делать герметичным и проверять на утечки.


                      1. MEG123
                        08.02.2019 14:18
                        #19730526

                        тут всё просто, если будет экономически (и энергетически) выгодно, то хоть взрывай земную кору термоядерным припасом в гигатонну, чтоб из полученного разлома вылез вулкан километров в 20 высотой, а оттуда уже засланные альпинисты в скафандрах будут из рельсотронных ручных винчестеров стрелять ледяными пульками на орбиту!

                        Ещё раз, и такая идея норм, если оценить её в окружающей действительности по технико-экономическим показателям (ещё моральную сторону надо не забыть, а то эдак вместо отсидки в Гуантанамо будут предлагать затащить мешок с цементом на Эверест, для постройки «знаменитой трубы»). И сделать это можно даже без расчётов, просто погрешность будет существенной. И вот если оно выгодно в первом приближении, то давайте обсуждать далее.
                        В данном же конкретном случае идея бредовая с энергетической и экономической стороны, не в разы, а на порядки. Размер трудностей денег и неизученных моментов в идее «а давайте на гиперзвуке по рельсам гонять сто-тонные составы, разгоняя их сотнями мегаватт снимаемых с рельс же, а на выходе у нас будет плавиться 30 метровый 70 тонный колпак защитный со своими движками и тележками тоже скачущий по этим рельсам». Какой смысл обсуждать этот очевидный бред с придыханием?

                        не хочу огорчать про рытьё вертикальных тоннелей щитом, оно из той же параллельной реальности.
                        рыть герметичный тоннель тоже предложение так себе с точки зрения здравого смысла (примерно как выталкивать гелием многометрового диаметра болванки по многокиллометровому тоннелю, кубокилометры расходного гелия видимо специально обученные коровы напукают для проекта).

                        у меня вопрос, вы себе представляете размер проблем при рытье вертикальных тоннелей диаметром так 5-10 метров с высотой спуска материала в километров 20? кто всё это будет делать, святой дух? или просто кидать вниз, авось долетит до дна? сколько веков всё это должно длиться?


                        1. u010602
                          08.02.2019 14:34
                          #19730598

                          Про отдельно летающие болванки перед ракетами я идею не совсем понял. А вот идея предразгона ракеты по рельсам мне показалась интересной. Но посчитать ее эффективность я не могу, знаний не хватает.

                          В отношении рытья вертикального тоннеля. Но он же не совсем вертикальный, он скорее рампа, и совсем вертикального сегмента может и не быть, нам-же скорость нужна и вдоль Земли. Просто вместо строительства огромной рампы на подпорках, можно использовать уже существующие структуры, главное чтоб они были стабильные и высокие.

                          Насчет сколько веков это должно длиться, я вопроса не понял. Пишут что щиты выдают около 1км в месяц. За два года думаю можно вырыть такой тоннель.

                          Насчет разгона электричеством, что в этой идее вам не нравится? Можно построить АЭС для этих целей. Будем использовать ядерную энергию вместо первой ступени.


                          1. MEG123
                            08.02.2019 14:48
                            #19730666

                            не нравится в этой идее примерно всё. как вы думаете почему ничего не ездит по земле со скоростью даже в пол маха? даже там где есть чудовищный платёжеспособный спрос.
                            ведь прямо сейчас можно делать транспорт который на 400-500км/ч будет гонять грузы хоть на сотни км. и за это будут платить. Но только редкие экземпляры доезжают до этой скорости, вы же предлагаете не просто скорость раз так в 5-10 больше, так ещё и с ускорением под 10g.

                            щиты выдают скорость и то далеко не такую чудесную в горизонтальном направлении, и вовсе не в горах, никто ничего не копает щитами с любым значимым наклоном в десятки градусов, размер проблем даже теоретических начинает зашкаливать.
                            ну и все горы стоят на разломах, что будет с многокилометровой трассой на которой важны миллиметры при первом же землетрясении?


                            1. u010602
                              08.02.2019 14:59
                              #19730742

                              Гиперлуп же разрабатывается. Суть идеи — гиперлуп для ракеты с одним концом на Эвересте. Ускорение можно подбирать исходя из длинны разгонного участка. И не обязательно нужно ехать, можно лететь в трубе с низким давлением, корректировать курс через магнитные поля. Я не говорю что это легко, думаю это сложнее всего, что мы делали. Но это выглядит возможным. Как минимум это стоит просчитать, и найти более конкретно проблемные места.

                              Сейчас же вы просто опираетесь на а) такого еще не делали б) это-же сколько работы-то. Когда-то и небоскребы не строили, и наверное так-же думали «сколько ж это работы!» и как они на конях будут на такую высоту бревна возить.

                              Вы привели явно абсурдный вариант — рыть альминистами в скафандрах сверху вниз. Я привел менее абсурдный — рыть снизу вверх. Вы говорите это сложно, с чем я не спорю. Но возможно, в отличии от альпинистов в скафандрах.


                              1. MEG123
                                08.02.2019 15:17
                                #19730862

                                это вы думаете что я на такое опираюсь, но нет.
                                просто идея бредовая. Не из за денег, не из-за того что её трудно строить, а из за того что она, решая по сути простую проблему первой ступени, приносит десятки и сотни новых, затратна чуть больше чем до неприличия, не решает ни одной поставленной проблемы.
                                именно об этом я и говорил выше про «критичность мышления».
                                и самое печальное что проблемы концепта видны с первого взгляда, их размер тоже невозможно не заметить, но нет, давайте дальше перетирать безнадёжные сказки.

                                рыть снизу вверх возможно тоже только в теории, ничем не хуже альпинистов вариант потому что ни тот ни другой пока не существуют. и ещё неизвестно, может альпинистами будет и подешевле.


                        1. vassabi
                          08.02.2019 14:41
                          #19730638

                          я солидарен с «В данном же конкретном случае идея бредовая с энергетической и экономической стороны, не в разы, а на порядки.»
                          но про

                          вы себе представляете размер проблем при рытье вертикальных тоннелей диаметром так 5-10 метров с высотой спуска материала в километров 20? кто всё это будет делать, святой дух? или просто кидать вниз, авось долетит до дна? сколько веков всё это должно длиться?
                          могу представить, что это будет не сплошная труба, а сегменты, закрепленные анкерами в породе, и спускать материал вниз они будут короткими конвеерами по спирали — так чтобы нагрузка на каждый сегмент была невелика.
                          Герметизация такого тоннеля должна делаться в стыках между секциями и это могут быть как гибкие прокладки между секциями (повторюсь — каждый сегмент должна опираться на породу), так и кольцевые изолирующие пленки.


                          1. MEG123
                            08.02.2019 15:08
                            #19730808
                            +1

                            да в целом можно его вырыть, не вопрос. даже текущей техникой.
                            главный вопрос «что бы что?»

                            чего добьёмся? «дешёвого пуска!» нет. такой объект будет потреблять на своё поддержание денег пароходами. Каждый пуск будет готовиться неделями и месяцами латая трубы и выравнивая рельсы по которым фигачит гигаватт разогревая их за секунды докрасна, или мы каждый рельс охлаждаем построив спецзавод по охлаждению теплоносителя, рядом с реактором для питания и протянув километры труб?
                            «частые запуски!» — нет, проверить такой объект перед пуском это тебе не одну ступень с фонариком обойти.
                            «Сделаем и навсегда отмучаемся с доставкой?» — нет. копать надо сразу два, потому что при любой нештатной ситуации на выводе полтрубы будет уничтожено неудачливым кораблём, его тележкой, их обтекателем.
                            «упростим систему, избавимся от первой ступени!» — нет. это будет система посложнее космодрома, надо строить рядом город, тысячный персонал только чтоб поддерживать это всё целым. отдельные институты по копанию тоннелей, по тугоплавким рельсам, по съёму гигаватта на лету на гиперзвуке, и ещё множество других.

                            А теперь сравним это с серийной первой ступенью. которая ещё и многоразовой как мы видим легко бывает. И то, надо подождать лет пять-десять чтоб стало понятно, что многоразовость победила окончательно, а не случайно и на время. Вот после этого про проблему первой ступени можно будет забыть, и стоимость и частота пусков и проблемы технические с первой ступенью закончатся, это будет серийное изделие летающее по свистку после посещения бензоколонки с керосином и кислородом.
                            А всё что выше первой ступени чудесная труба только ухудшит. И там свои проблемы появятся, толкать вбок нагрузку это не тоже самое что толкать вверх, чтоб оно пережило вибрации которые на корпус с рельс передаются надо полностью переделывать вторую ступень, а она на 90% жидкая, там бултыхается топливо а мы его трясём во все стороны.


                            1. u010602
                              08.02.2019 15:27
                              #19730932
                              -1

                              Гигаваты фигачить не обязательно. Мощность зависит от ускорения и массы груза. Ехать по рельсам не обязательно. Можно тянуть ракету за трос, как это делают для разгона истребителей на палубе авианосцев. А ракета пусть весит в магнитном поле. Герметизацию не обязательно делать идеальной. Можно перед ракетой двигать многоразовый щит, который будет расталкивать воздух в стороны, а стенах тоннеля клапаны будут отводить воздух и закрываться. После выхода ракеты, можно быстро перекрывать трубу на высоте, где атмосфера создает наименьшее давление. Если пуски будут частными, с промежутком в несколько минут, то внутри трубы будет достаточно мало воздуха.


                              1. MEG123
                                08.02.2019 16:56
                                #19731516
                                +1

                                это как в том анекдоте который заканчивается на "… а у меня ещё столько идей осталось."

                                тянуть ракету за трос 20км на гиперзвуке, правда? т.е. на Эвересте стоит огромное колесо, которое наматывает трос со скоростью 3-8км/с…

                                А ракета пусть весит в магнитном поле.
                                умиляет вот это вот «пусть». Святой дух её повесит? что надо сделать со второй ступенью, чтоб она висела в магнитном поле? сколько это стоит? сколько это весит? кто это всё сможет построить хотя бы за 10-20 лет? а поддерживать? а каждые пять минут новые запускать такие системы?

                                Можно перед ракетой двигать многоразовый щит,
                                а можно не двигать!!! а если двигать то как? движки на него ставить? что с многоразовым щитом будет когда он на гиперзвуке вылетит из трубы, где и кому он приземлится на голову, сколько его будут везти назад, как он будет выглядеть после того как упал?

                                где атмосфера создает наименьшее давление
                                это наименьшее оно для стоячего человека, вылетевший чудом из трубы корабль плавится об неё, такая она атмосфера на 10км, в ней вообщето вплне себе самолёты летают даже плохонькие.
                                Если пуски будут частными, с промежутком в несколько минут
                                только в сказке они будут частыми, ещё многоразовый щит, который гдето в африке сейчас упадёт назад везти, ну или новый на заводе делать, ну или со склада тащить. Устанавливать. Проверять неделю другую его движки и вообще брак.

                                всё это предлагается городить напополам из сказок, фантазий и «пусть», когда прямо сейчас многоразовая первая ступень с трудом но переходит в серию.


                                1. u010602
                                  08.02.2019 17:07
                                  #19731568

                                  Нет, не колесо, а едущая платформа за стенкой трубы.
                                  Щит можно так-же тащить. И щит можно сделать не дорогим и одноразовым, таким что после вылета из трубы он разрушается, т.к. теряет стабилизацию.

                                  Для текущих планов многоразовых ступеней вполне достаточно. Но если нужны будут тысячи запусков в сутки, то мы рискуем сильно много углеводородов сжигать. И тут основная идея это снизить количество выбросов парниковых газов, за счет альтернативных источников энергии (ядерной например).


                                  1. MEG123
                                    08.02.2019 17:24
                                    #19731662
                                    +1

                                    ага. итак напомню.
                                    копаем 20км тоннель, диаметром несколько метров. на глубине при адском давлении и температуре под 200 градусов делаем станцию запуска (зато со столовкой норм, шашлык можно жарить прямо на стенке трубы).

                                    цепляем там, при 200 градусах корабль за трос. и щит за трос. запускаем магнитное поле такое чтоб держало 10-20-50 тонный корабль на весу.

                                    едем с ускорением 10g из этого ада поскорее.

                                    за несколько миллисекунд открываем створки трубы, это просто же, сдвинуть крышку за миллисекунды.

                                    тормозим платформу с гиперзвука за считанные метры, она нам нужна через пять минут внизу на следующий запуск.

                                    ловим улетевший щит в африке.

                                    опускаем по быстрому следующий корабль в глубину. пять минут у нас есть, напомню.

                                    платформы, которые тянут всё это добро за трос напомню тоже видимо на магнитной подвеске, их конечно тоже можно тянуть за трос, но будут смеяться, поэтому они едут по рельсам с моторами, токосьёмниками гиперзвуковыми, атомным реактором возле эвереста, охлаждение рельс временно делаем святым духом, потом переделаем когда решим как.

                                    А, да, труба наша из тяжёлого сплава, а то оторвётся как кольская и прощай все кто был на станции запуска.

                                    я ничего не пропустил?

                                    вы знаете вы меня убедили, годный, дешёвый и перспективный проект. вполне себе замена многоразовой первой ступени.

                                    на этом и закончим, всем удач в сказочных мечтаниях.


            1. MEG123
              07.02.2019 21:39
              #19727440

              Скорость болванки 11км/с

              Допустим именно 33м у нас расстояние от болванки до груза

              Что-бы получить приемлемую величину, скажем в 70тонн

              это длина конуса в 7 раз больше его диаметра


              вы на полном серьёзе продолжаете это обсуждать?
              я просто напомню, вы собрались «этим» экономить керосин который полбакса за кило. сколько вы собрались вложить в этот концепт с трубой в 800км, рытьём колодцев на Эвересте работягами в скафандрах, завозом туда цемента тысячами тонн на альпинистах (вертолёты увы, туда не хотят летать).

              А вы богатый филантроп, я посмотрю!


              1. santa324
                08.02.2019 14:07
                #19730458

                Ну вот, пофантазировать уже нельзя :(
                Это же теоретические рассуждения о теоретической же возможности. Так то многоразовая первая ступень по всем параметрам при текущем спросе лучше.


        1. Gutt
          07.02.2019 11:44
          #19723778
          +2

          А теперь немножечко оптимизируем схему и соединим болванку с основным снарядом. Кажется, у нас получился обтекатель!


          1. santa324
            07.02.2019 13:33
            #19724530

            не, обтекатель не катит, он нам груз затормозит.


          1. Wizard_of_light
            07.02.2019 14:07
            #19724776

            Кажется, нам тут понадобится не обтекатель, а что-то типа прямоточного твердотопливного двигателя, чтобы не сильно тормозить.


            1. sim31r
              07.02.2019 18:10
              #19726496

              Его порвет на куски при большой скорости. Там нужна монолитная из прочного тугоплавкого металла или керамики.


  1. Gylheroth
    05.02.2019 09:45
    #19709860

    У вас вышел замечательный альманах, огромное спасибо. А есть возможность в эту главу, по образцу предыдущих, добавить сравнительную таблицу ядерных и термоядерных реакций, с энергиями выхода? И второй вопрос, будете ли рассматривать такие экзотические способы преобразования запасенной энергии как испарение микроскопических черных дыр и различные типы аннигиляции?.. Да, и еще, вы упомянули как один из способов — рекомбинацию ионизированного вещества. Где брать запас свободных электронов, для того, чтобы процесс рекомбинации был возможен? Всегда интересовал этот вопрос.


    1. oracle_and_delphi
      05.02.2019 09:51
      #19709898

      под давлением свыше 1.1 миллиона атмосфер и температуре в 2000 К азот переходит в кристаллическую модификацию под названием cubic gauche (по-русски, как мне подсказали, это называется «кубическая гош-модификация»)

      А тетраэдр получить из азота насколько сложно?
      Вроде, тетраэдр должен запасать ещё больше энергии, чем куб.


  1. GennPen
    05.02.2019 09:59
    #19709954

    4.4.3. Запитка ракеты… по проводам!

    Безумно? Безусловно. Но ПТУРы на 4 километра по проводам летают
    Только ПТУРы не питаются по проводам, а по ним идут управляющие сигналы.


    1. eugeneb0 Автор
      05.02.2019 10:27
      #19710098

      Увы, «вот в этом-то и проблема» )


      1. JamboJet
        05.02.2019 17:20
        #19713114

        Решение: сверхпроводящие провода!


        1. eugeneb0 Автор
          05.02.2019 20:30
          #19714196

          Нагреются за пару секунд.

          Вот если будет открыта высокотемпературная сверхпроводимость (Кельвинов так хотя бы до 400), то можно поговорить.


          1. Diordna
            06.02.2019 02:07
            #19715490

            Плотность тока даже в сверхпроводнике ограниченна. Говорят свп дадут выигрыш 2-5 по сравнению с медью.


  1. rebuilder
    05.02.2019 10:35
    #19710156

    Как на счёт космической пушки, только не в горах как предлагалось в прошлой части, а под водой, насколько это реально?


    1. oracle_and_delphi
      05.02.2019 11:22
      #19710488

      Вижу, что с охлаждением ствола проблем не будет. Но, при малейшем волнении на ствол будет нехилая изгибающая нагрузка — посильней, чем при ураганном ветре.


      1. rebuilder
        05.02.2019 11:27
        #19710526

        Существуют пресноводные глубоководные озёра, там и коррозия меньше будет. А при сильном волнении и погрузиться под воду наверно возможно, как подводная лодка.


  1. Brenwen
    05.02.2019 11:16
    #19710434

    К сожалению, большинство работ по этой теме перекрыты требованиями об оплате, так что, не выкинув на ветер пару сотен долларов, я не могу привести первоисточники и вынужден ограничиться вторичным цитированием или абстрактами.

    На sci-hub смотреть не пробовали?


    1. amartology
      05.02.2019 11:36
      #19710608

      Так вопрос не в том, чтобы прочитать первоисточники, а в том, чтобы легально процитировать их содержимое)


  1. Vsevo10d
    05.02.2019 11:53
    #19710764

    del


  1. Errbis
    05.02.2019 11:58
    #19710800

    *Потенциальная яма нужна, в которую их запихать можно.*
    Навскидку — а разве на создание этой ямы/запихивание туда ионов мы не должны затратить энергии больше чем они/она несут/содержат?


    1. ThunderCat
      05.02.2019 13:09
      #19711356

      вопрос ведь не в получении дополнительного профита по энергии от запихивания, а в компактном хранении, условно говоря не сильно важно если топливо / энергия убыточна по стоимости получения, ее компактность компенсирует экспонентные затраты на подъем единицы массы топлива и полезной нагрузки из гравитационного колодца.


      1. Errbis
        05.02.2019 17:49
        #19713304

        Дык если получится, что стоимость запихивания и удержания будет на много порядков превосходить другие по энергоэффективности, то смысла в ней не будет все равно. Ну вот сейчас мы, строго говоря, можем делать антиматерию на ускорителях — сильно ли это продвинуло нас в построении реактивных двигателей на антивеществе?


        1. ThunderCat
          05.02.2019 18:10
          #19713398
          +1

          Производство и хранение антивещества только в художественных фильмах достигает мелкопромышленных масштабов, в реале его производство и хранение вообще не является задачей современной физики. При условии что вот, научились делать с затратами на 2-3 порядка больше отдачи, и если бы его еще и в двигателях можно было сегодня использовать — то почему бы нет, 2-3 порядка были бы не проблемой, т.к. все равно весили бы просто мизерно. И да, эти энергозатраты можно растянуть на месяцы, получив компактное хранилище энергии с быстрым доступом. Ибо стоимость производства на земле хоть и высока, но в космосе вам его вообще негде получить.


  1. yarston
    05.02.2019 12:15
    #19710934

    4.1.2 Смутные указания ([500], [510]) на трёх- и более высокие валентности цезия и бария намекают, что хотя бы иногда, при каких-то условиях, для образования химических связей можно использовать не только валентные, но и внутренние электроны атомов. От самого этого понимания до «абсолютного топлива» ещё как до Луны пешком (pun intended), но обоснованно помечтать есть о чём.
    Так используют же в эксимерных лампах и лазерах, пишут, что до 10эВ энергия кванта излучения выходит при распаде эксимерной молекулы. Только вот время жизни известных эксимеров очень невелико, может, в будущем найдутся соединения получше. Нужна прога, в которой вводишь конфигурацию молекулы и заполнения электронных оболочек и её атомов, и получаешь на выходе её энергию и время жизни)


  1. vibornoff
    05.02.2019 12:34
    #19711074

    В кучу к триплетному гелию.
    Атомизируем молекулярный водород, сортируем атомы по спину электрона, охлаждаем и складываем в 2 разных бака. Атомы с одинаковым электронным спином не будут рекомбинировать обратно в молекулы — Паули запретил.
    Когда надо энергию забрать, смешиваем атомы в реакторе и они там бурно рекомбинируют в молекулярный водород.


    1. yarston
      05.02.2019 13:04
      #19711320

      Перевернутся же и станут разноспиновыми довольно быстро.


      1. vibornoff
        05.02.2019 13:08
        #19711350

        Не, там «всего лишь» 4.5 эВ на молекулу, не интересно…


        1. yarston
          05.02.2019 16:44
          #19712924

          Ну так и молекула вдвое легче гелия, ~216 МДж тоже неплохо, по сравнению с обычным топливом. Можно попробовать эксимерную молекулу из возбждённого неона и атомарного водорода сделать, водород захватит поднятый электрон неона и заполнит свою S орбиталь, вопрос кто сильнее этот электрон будет удерживать.


        1. TheShock
          05.02.2019 16:53
          #19713004
          +1

          Простите, можете объяснить свой ответ. yarston утверждает, что вы не сможете хранить атомы с одинаковым спином в баке, т.к. часть перевернется, среагирует с другой частью и произойдет реакция (неконтролируемый взрыв?)

          Почему вы на это ответили «так «всего лишь» 4.5 эВ на молекулу»? Я не физик и вообще не могу понять суть ответа


          1. vibornoff
            06.02.2019 11:38
            #19717158

            Полагаю, при нормальных условиях так и будет. Но если подойти к вопросу творчески, например, охладив водород до ультракриогенных температур, что-то из этого может и получиться. Проверять лень.


    1. eugeneb0 Автор
      05.02.2019 20:35
      #19714234

      Интересная идея. Мне надо почитать про это, чтобы оценить выполнимость. Но если там и вправду 4.5 эВ на молекулу, и если подобное состояние действительно можно хранить хотя бы десяток минут… то «тут-то мне карта и пошла!» )


      1. vanxant
        05.02.2019 21:36
        #19714544
        +1

        Не знаю насчёт хранения, но вот на атомарный водород очень давно облизываются науч-фантасты. Скорость истечения порядка 8-10 км/с позволяет летать на Луну просто в скафандре с реактивным ранцем.


        1. Diordna
          06.02.2019 02:14
          #19715502

          В химическом д. или типа ионный д.?


          1. vanxant
            06.02.2019 06:52
            #19715872

            Двигатель типа «воздушный шарик». Т.е. просто бак с атомарным водородом под давлением и некоторой разумной температурой (типа 3000К или сколько мы там умеем держать).
            Другой вопрос, что мы [пока] не умеем хранить атомарный водород в количествах больше миллиграмм. Ну, при тех «разумных» температурах. При ~6000К в газообразном водороде будет примерно поровну молекул и атомов, но мы не умеем делать такие баки.


  1. Xandrmoro
    05.02.2019 14:39
    #19711958

    А про один из самых популярных в фантастике метод получения энергии реакцией материя-антиматерия будет? 90 эксаджоулей (если я правильно посчитал) на килограмм выглядят… нескучно, хоть и, опять же, малореализуемо на сегодняшний день.


    1. nightwolf_du
      05.02.2019 15:28
      #19712292

      Две проблемы — нет технологии хоть сколько-нибудь промышленного получения антиматерии и ОЧЕНЬ большая энергия реакции. Всмысле, очень экстремальный режим для двигателя.


      1. ThunderCat
        05.02.2019 16:20
        #19712732

        в ядреной реакции тоже очень большая, но там ее дозировать сложно, здесь же хоть по 100 атомов подавай, была бы технология создания антиматерии с затратами энергии хотя бы на порядок большими чем выход при реакции…


      1. darthmaul
        06.02.2019 03:03
        #19715602

        Режим то ерунда — надо просто разбавлять рабочим телом. А вот куда покруче проблема — большую часть энергии уносит нейтрино, от которого пользы вообще 0.


        1. DGN
          06.02.2019 20:06
          #19720876

          К счастью, от нейтрино нет и вреда, в смысле лишнего нагрева двигателя. И наверное, много гаммы идет, которую нетривиально с пользой утилизировать…


  1. vanxant
    05.02.2019 14:49
    #19712022

    4.4.1. Скрамджеты — это всё ещё СПВРД на предельных режимах эксплуатации (в критическом сечении трансзвук). А вот циркон (М~8 на высоте ~40км) это уже настоящий ГПВРД. Пачка таких двигателей уже позволяет помечтать о прямоточной первой ступени.


  1. APLe
    05.02.2019 15:28
    #19712286

    Я не бор

    'бор' с маленькой буквы – это бага или фича? ;–)


    1. eugeneb0 Автор
      05.02.2019 20:33
      #19714222

      Бага. Поправил, спасибо!


  1. ChiefPilot
    05.02.2019 15:45
    #19712414

    А что на счёт сёрфинга на гравитационных волнах? :)


  1. gatoazul
    05.02.2019 16:24
    #19712780

    Фантаст Владимир Савченко еще в 90-х предсказал, что период полураспада изотопов нестабилен и даже подавал на эту тему заявку на авторское свидетельство.

    Подробности в его «Эссе о пользе изучения справочников».


  1. Throwable
    05.02.2019 16:36
    #19712866

    Так что про гравитационное поле достаточно.

    Как это достаточно? Именно гравитация забесплатно поднимет в стратосферу шарик с гелием, с которого уже можно будет запустить что-нибудь небольшое на реактивной тяге. Топливная экономия в 10км.


    4.4. А зачем вообще таскать энергию ракету себя с собой?

    4.4.6. Из пушки на Луну. Классика!


    1. vanxant
      05.02.2019 20:14
      #19714092
      +2

      10км высоты это примерно ничего, около 1% от суммарно необходимого дельта-вэ. Даже самолёт для воздушного пуска, который кроме 10 км высоты в момент пуска ещё имеет почти 300 м/с скорости, тоже мало что решает. Тот же Пегас вроде как есть и коммерчески доступен, но последний заказ на него был 3 года назад. Россия собиралась строить свой аналог Пегаса и даже договорилась с Индонезией об аренде аэродрома на экваторе (а в случае нашей страны это ещё порядка 300 м/с за счёт вращения Земли), но после этого всё тоже намертво заглохло (там правда ещё политота сыграла).


  1. xFFFF
    05.02.2019 17:28
    #19713172

    Ракеты дорого стоят не из-за топлива, а из-за одноразовости носителя. Керосин и кислород можно производить тысячами тонн, а один носитель делают тысячи людей, в течении долгих месяцев.


    1. TheShock
      05.02.2019 18:07
      #19713384

      Если бы носитель должен был переносить в 10 раз меньше топлива, то он был бы очень-очень сильно дешевле.


      1. oleg_go
        05.02.2019 18:35
        #19713526

        Если двигатель для чудо ракеты, у которой в 10 раз меньше топлива, будет стоить в 10 раз дороже, чем обычный реактивный движок — тогда ракета в целом будет дороже.


        1. TheShock
          05.02.2019 18:38
          #19713542
          +2

          Нет. Представьте, что топливо, внезапно, весит в 10 раз меньше. Ну вот нашли соединение, какой-то гипотетический Гелий-2, который при сгорании с кислородом, выделяет больше энергии на единицу массы, чем керосин, а изготовлять его просто — надо чтобы в чан с керосином лично Илон Маск плюнул.

          И вот такое гипотетическое топливо стоит приблизительно как керосин, а весит значительно меньше. И ракета от этого становится значительно дешевле.

          То есть цена ракеты такая большая потому что топливо очень много весит.


          1. vanxant
            05.02.2019 20:07
            #19714054

            Ну если уж совсем точно, то весит в ракете не топливо, а именно окислитель. Его почти 2/3 стартовой массы примерно для любых конструкций и топливных смесей.
            Например, в паре метан-кислород на две молекулы кислорода 2O2 (атомная масса 32 х 2 шт = 64) нужна одна молекула метана CH4 (масса 12+4*1 = 16), а в паре водород-кислород ещё и углерод не нужен.


            1. TheShock
              05.02.2019 20:13
              #19714088

              Ну да, потому я и не сказал, что Гелий-2 значительно меньше весит, а сказал, что при приблизительно той же массе дает больше энергии при окислении)


          1. oleg_go
            05.02.2019 21:38
            #19714552

            Двигатели для тяжелых ракет обходятся в 10-30 млн. долларов. Сами ракеты при этом стоят 50-200 млн. Вот вы создаете супер-пупер двигатель стоимостью 100-300 млн.долларов, а остальную часть ракеты вы делаете скажем за 15 млн.долларов. Тогда цена Вашей ракеты будет 115-315 млн. долларов. И это выходит дороже чем обычные ракеты.

            То есть не достаточно создать сам по себе супер-пупер двигатель на Гелии-2, его ещё нужно создать экономически выгодным и обоснованным с точки зрения цены изделия, сроков и стоимости разработки. Самое простое это ухайдакать 30 лет и условные 20 млрд.долларов на двигатель в десять раз дороже существующих. Но Ваши конкуренты спать не будут — они такие «инвестиции» поделят на ноль


            1. TheShock
              05.02.2019 22:02
              #19714684

              Нет, я создаю двигатель для легкой ракеты за 1 млн и остальную часть за 5-20 млн. Итоговая цена — 6-21 млн, в 15 раз дешевле. Потому что двигателю нужно поднимать меньше массы и его можно сделать проще, а все остальное по гипотетическим условиям задачи не меняются. Откуда вы вообще взяли двигатель за 100-300 млн при условии, что у нас есть гипотетическое топливо, которое дает дофига энергии?


              1. oleg_go
                06.02.2019 01:56
                #19715464

                Если говорить совсем гипотетически, то не стоит ограничиваться ракетами и двигателями — телепортатор, нажал кнопку и груз уже на месте…

                А вот если говорить о двигателях на хотя бы известных нам принципах. то они будут дороже реактивного. Хотя бы по причине что в реактивном двигателе, работающем за счет сжигания горючего с окислителем, многое изучено и накоплен большой опыт. А новое топливо и новый принцип построения двигателя сулят для начала много-много расходов.

                К тому времени как сделаете двигатель Маск и другие за счет многоразовости успеют снизить стоимость доставки кг на НО до 10 долларов. И где Вы будете с инвестициями при таком демпинге с их стороны.


                1. TheShock
                  06.02.2019 02:21
                  #19715524

                  Вы вообще на какую-то левую тему со мной спорите.
                  Цена ракет дорогая и будет дорогая из-за того, что топливо тяжелые, а потому они большие. Если бы топливо изначально было бы значительно легче — все ракеты были бы значительно дешевле. Это все, что я хотел показать гипотетическим примером. И легкое топливо было бы выгодным даже для многоразовых ракет Маска. Тем более для них


            1. DGN
              06.02.2019 20:32
              #19721006

              Есть кстати и стратегия Big Dumb Buster, делаем «ракеты как сосиски» (с) Хрущев очень дешевые двигатели и очень дешевое топливо, массовое производство. За счет всего этого — высочайшая надежность. Собираем в пакеты эти петарды по потребности, вплоть до сотен блоков на первой ступени. Пока не взлетело, OTRAG, но в общем, один из вариантов.


      1. xFFFF
        06.02.2019 15:25
        #19719000

        В данный момент такого топлива нет, а многоразовую ракету сделать вполне реально. Маск уже занимается)


  1. realbtr
    05.02.2019 18:09
    #19713390

    Уже сейчас можно какие-нибудь полезные запасы начинать раскидывать. Чтобы потом путешественники могли их в пути подбирать. Типа еда, батарейки. Пусть себе разлетаются на скорости под 70 км/с. Сначала рельсотроном. Потом еще какой-нибудь рогаткой на гравитационный маневр. И в межзвездное. С маяками. А как технологии дойдут — у нас уже на пути к звездам есть припасы.


    1. konst90
      05.02.2019 20:33
      #19714216

      Осталось придумать, как эти припасы подбирать. В космосе с разгоном-торможением не очень. А если станет очень, то припасы и не нужны.


  1. Zmiy666
    05.02.2019 18:12
    #19713408
    -1

    А на сколько можно сократить массу ракеты, при сохранении массы полезной нагрузки, если перед запуском тупо разогнать платформу с ней по рельсам маглева… ну допустим до м3, технически это вполне возможно и не так уж сложно, но будет ли выигрыш. Возможно в горах можно и большие скорости позволить, где атмосфера менее плотная.
    Ну или сделать пусковую шахту для малых ракет с глубиной метров в 500-1000 — где предварительно разгонять их пушечным способом до скорости 10м, конечно не порохом, а газами, постепенно… этакая большая пневматическая пушка. Начальная скорость — 3-4 км/сек. Снаряды артиллерийские ее вполне переживают во время полета… значит и ракета переживет. А с таким запасом скорости ей надо будет уже меньше топлива… Людей так не запустить конечно, но для них есть ракеты а вот грузы воды, топлива, газов и прочего необходимого — очень даже — они перегрузку перенесут.


  1. janatem
    05.02.2019 20:00
    #19714002

    Тема гравитации не раскрыта! Для начала можно поиграться с «обычным» маховиком с микроскопической черной дырой внутри, служащей для центростремительного удержания ротора. Но черную дыру можно и поинтересней использовать: например, она (если мелкая, а мы только такие рассматриваем) довольно интенсивно испаряется энергетически полезными нам электрон-позитронными парами, а кормить ее можно любым мусором.


    1. darthmaul
      06.02.2019 03:06
      #19715610
      +1

      К тому времени как освоим такие вещи, термоядерные реакторы будут в мобилки вместо батарей ставить.


      1. sim31r
        06.02.2019 03:12
        #19715622

        Тритиевые брелки можно на Алиэкспрессе купить, не термоядерный, но интересный девайс.


        1. darthmaul
          06.02.2019 03:15
          #19715624

          Давно есть идея, никак жабу не задушу. Купить кучу этих брелков, солнечных батарей с высоким кпд и собрать это всё в одной коробке чтобы батареи поглощали свет. Получится примитивный радиоизотопный генератор.


          1. sim31r
            06.02.2019 03:18
            #19715634

            Уже делали, поищите статью )


          1. Loriowar
            07.02.2019 09:51
            #19723024

            Кажется, вот тут уже это сделали: https://habr.com/ru/post/116659/


  1. antihydrogen
    05.02.2019 20:56
    #19714334
    +1

    По поводу ракеты с питанием по проводу — я когда-то сочинил концепт «Трамвай Фаэтона» antihydrogen.livejournal.com/36333.html

    Кратко: сверхпроводящий кабель с помощью прикрепленных к нему электротурбинных двигателей подбрасывается вверх, в верхние слои атмосферы, а по нему разгоняется космический аппарат.

    (но я не особо горжусь этой… смелой идеей)


  1. gecube
    05.02.2019 21:03
    #19714374

    Про то, что ионизированные ядра имеют другой период полураспада, чем нейтральные атомы — я слышу впервые. Очень интересно. Так же, как и про «раскручивание» ядер…


  1. NumLock
    06.02.2019 01:49
    #19715450

    4.4.4. Я уже слышу, как скандируют «космический лифт».
    К сожалению, у этой идеи, помимо очевидных трудностей ..., есть одна фундаментальная слабость. Если подсчитать давление на разрыв, возникающее у основания такого троса, то по порядку величины получится p = ?gR, где R — радиус планеты. Приравняв его к пределу прочности материала ?, и найдя отношение ?/?, потребное, чтобы этот трос не порвался, получим ?/? ? gR = 60 МДж/кг. То есть, если космический лифт и возможен, то на самой грани Пружинного Предела нашей материи.

    Это сферический конь в вакууме. Наш мир наполнен воздухом, где есть выталкивающая сила. Что если поддерживать каждую секцию троса небольшим воздушным шариком? Тогда трос уже не будет таким «тяжёлым» и вполне можно протянуть её на достаточную высоту.


    1. oleg_go
      06.02.2019 02:06
      #19715486
      +1

      Достаточная высота всего то выше ГСО — 36 тыс. км из них 35900 км в космосе. А если воздушные шарики на трос привяжем будет класс — толку никакого зато красиво.


    1. u010602
      06.02.2019 02:09
      #19715498

      У таких шаров будет очень большая парусность, а воздушные потоки на разных высотах разные. Думаю трос будет штормить очень сильно, как-бы не порвало от продольных нагрузок и резонанса.


    1. eugeneb0 Автор
      06.02.2019 03:06
      #19715612
      +1

      Атмосфера тонка. В классическом космическом лифте трос тянется до геостационарной орбиты, т.е. 36000 км. Из них примерно первые 6000 сила тяжести ещё велика и не особо компенсируется вращением.

      Шарики же в атмосфере мы умеем подвешивать ну максимум километрах на 50-ти. Ничто по сравнению с 6000.


      1. NumLock
        06.02.2019 16:09
        #19719436

        Где полёт фантазии автора, который присутствует в других идеях? Не нравится выталкивающая, добавьте реактивную силу от миникомпрессоров распределённых по тросу :) Центростремительная сила тоже забыта. У автора такой полёт фантазии в других идеях, а тут всё грустно. Хотелось бы более весёлого освещения всех идей, а не избранных.


  1. bash_m_ak
    06.02.2019 02:08
    #19715492

    > времена жизни этих образований не превышают 1.5*10^-16s

    Всетаки типичные ширины барионных резонансов ~ 100-200 МэВ а это 10^-23 с. 10^-16 — это типичные электро-магнитные времена, а не сильные.

    Ну и если занудствовать, то дельта резонанс — это не раскрутить, это спин кварка перекинуть, а первый уровень, который именно раскрутить — это судя по всему N*(1720), тоесть энергии по-боле будет.

    4.2.1 мне тоже очень нравится — всегда такие примеры студентам привожу. Там правда, когда разбираешься, оказывается все тривиально — изменение граничных условий (либо экранируем, либо доступный фазовый объем меняем), но красиво. Что есть, то есть.

    В этом же пункте, для полноты картины, можно было бы упомянуть экранирование гравитационных волн сверхпроводниками — де мы не только сильное/слабое/электромагнитное взаимодействие подстраививать можем, но и на гравитацию замахиваемся. Ну и эффект Казимира.
    :)


  1. sim31r
    06.02.2019 03:17
    #19715630

    Если бы мы были роботами, то не нуждались бы в терраформировании Марса для его заселения и вполне могли бы гулять по Плутону.

    Скорее роботы затеряются в виртуальных мирах. Реальный мир будет восприниматься как один из триллионов искусственных миров, причем весьма скучный и ни чем не примечательный. Причем еще не факт, что он «настоящий» )


  1. DGN
    06.02.2019 20:41
    #19721048

    С батарейками (топливом), потенциально, у человечества все ОК. А что нам сулит научная футурология на тему особо прочных материалов? Мономолекулярные макрообъекты (дома, мосты, ракеты, скафандры) возможны? Мономолекулярные объекты с внутренней структурой 3D? Грубо говоря, все крыло самолета вырастить с его нервюрами и лонжеронами? Какие еще варианты в теории? Усилять конструкцию полями?


  1. Miron
    07.02.2019 10:16
    #19723174
    +1

    Обожаю такие публикации. Они всегда собирают кучу мечтателей, критиков и фантазёров, в хороших смыслах этих качеств. Прям и чувствуешь как народ начинает распирать творческая энергия и порывы добраться до звёзд. У автора много толковых предложений и обобщений, пусть чисто на гипотетической основе. Жду вывода и заключения. Очень любопытно, так как сам тоже фантазирую на смежные тематики.