Ковчег Полдня
Jan. 17th, 2010 01:37 amКовчег Полдня.
Глава 10. Ожидание
Буду особо благодарен тем, кто не поленится проверить расчеты.
Справка для тех, кто не в теме: удельный импульс - характеристика ракетного двигателя, определяющая тягу двигателя при заданном расходе топлива (рабочего тела). В системе СИ измеряется в ньютонах на килограмм рабочего тела в секунду. Если вспомнить, что ньютон - это килограмм на метр делить на секунду в квадрате, то килограмм и секунду можно сократить и останутся метры в секунду, т.е. скорость. Эту скорость также называют эффективной скоростью истечения, и она приблизительно соответствует средней скорости выхлопа двигателя.
Если измерять тягу не в ньютонах, а в килограмм-силах, то единицей измерения удельного импульса оказывается не метр в секунду, а секунда. Удельный импульс в секундах легко пересчитывается в эффективную скорость истечения путем умножения на g (ускорение свободного падения у поверхности Земли, оно же коэффициент пересчета из килограмм-сил в ньютоны).
Количество топлива, необходимое для разгона ракеты с заданным типом двигателя до заданной скорости определяется по формуле Циолковского:
, где V - конечная скорость, I - удельный импульс (в метрах в секунду), M_1 - стартовая масса ракеты вместе с топливом, M_2 - конечная масса. Логарифм растет очень медленно, поэтому попытки достичь скоростей, значительно превосходящих удельный импульс, требуют очень большой стартовой массы.
Глава 10. Ожидание
Буду особо благодарен тем, кто не поленится проверить расчеты.
Справка для тех, кто не в теме: удельный импульс - характеристика ракетного двигателя, определяющая тягу двигателя при заданном расходе топлива (рабочего тела). В системе СИ измеряется в ньютонах на килограмм рабочего тела в секунду. Если вспомнить, что ньютон - это килограмм на метр делить на секунду в квадрате, то килограмм и секунду можно сократить и останутся метры в секунду, т.е. скорость. Эту скорость также называют эффективной скоростью истечения, и она приблизительно соответствует средней скорости выхлопа двигателя.
Если измерять тягу не в ньютонах, а в килограмм-силах, то единицей измерения удельного импульса оказывается не метр в секунду, а секунда. Удельный импульс в секундах легко пересчитывается в эффективную скорость истечения путем умножения на g (ускорение свободного падения у поверхности Земли, оно же коэффициент пересчета из килограмм-сил в ньютоны).
Количество топлива, необходимое для разгона ракеты с заданным типом двигателя до заданной скорости определяется по формуле Циолковского:
, где V - конечная скорость, I - удельный импульс (в метрах в секунду), M_1 - стартовая масса ракеты вместе с топливом, M_2 - конечная масса. Логарифм растет очень медленно, поэтому попытки достичь скоростей, значительно превосходящих удельный импульс, требуют очень большой стартовой массы.
no subject
Date: 2010-01-16 08:40 pm (UTC)у меня к предыдущей серии вопрос: что это за такая местная анестезия на полтела, что анестезированной конечностью можно держаться и тем более бить? т.е. должны быть "включены" нервы, отвечающие за мышечное чувство и осязание и "выключены" только болевые. Иначе за положением и движением руки можно следить только зрительно, рефлекторное кольцо мышечных коррекций не замыкается. на зрительном контроле ударить нельзя.
т.е. я бы сказал одно-два слова про селективную анестезию.
и общее замечание по сценам мордобоя: выражения вроде "сменил стойку на что-то менее вызывающее". Человек с навыками главного героя должен мочь из любого положения. и вообще за эти-то столетия могло развиться такое боевое искусство, когда противник не понимает, отчего на жопу сел? вроде "веерной защиты" или "субакса" Стругацких? ведь уже сейчас есть.
с нетерпением жду следующих серий, пошел эту читать.
no subject
Date: 2010-01-16 08:51 pm (UTC)На зрительном контроле ударить гораздо сложнее - так верно. Именно поэтому Олег и не ожидал удара этой рукой. :)
Насчет мочь из любого положения - не совсем так радикально. Но если есть возможность заранее принять удобную стойку - зачем ее упускать?
no subject
Date: 2010-01-17 12:17 pm (UTC)Только он в трёх измерениях движется – Катя нажала джойстиком вниз, и он действительно провалился внутрь подлокотника.
Это как-то непонятно выходит, насчет джойстика и проваливания: джойстик реагирует на усилие а не на отклонение.
Кроме того, непонятно почему эти шарики и бусинки не может искать довольно несложная программа.
no subject
Date: 2010-01-17 06:52 pm (UTC)no subject
Date: 2010-01-17 06:55 pm (UTC)no subject
Date: 2010-01-18 01:49 am (UTC)no subject
Date: 2010-01-17 06:38 pm (UTC)Часть десятая, ожидание: Ну, наверное, их можно понять. Он... - Паша запнулась — он сперму воровать пошёл.
no subject
Date: 2010-01-18 01:49 am (UTC)no subject
Date: 2010-01-18 01:48 am (UTC)Стилистически — совсем не видно разницы в речи Паши и прилетевших. Как будто они из одной культуры, просто в разных школах учились.
Неясно, почему робота нельзя запрячь за джойстик нащупывать планеты. Мне бы воображалось, что там надо было бы выделять картинку из хаоса, интуитивно угадывать точку из тысячи или ещё что-то такое делать, что требует напряжения воспринимающей части мозга, а у компьютера потенциально выходит плохо.
no subject
Date: 2010-02-04 11:35 am (UTC)Орион, как и все прочие устройства, в конечном итоге основанные на испарении твёрдого тела, не могут иметь температуру выхлопа существенно выше температуры возгонки этого самого твёрдого тела. Самые высокие температуры у углерода и вольфрама, где-то в районе, четырёх тысяч Кельвин. У углерода атомы легче, поэтому он выгоднее... да и дешевле. Но такая температура ограничивает удельный импульс величинами, сравнимыми с традиционными химическими ракетами. Сотни секунд. Двигатели, основанные на теплообмене водорода с твёрдым телом, вроде твердо- или жидкофазных ядерных реакторов, в этом смысле интереснее, там температуры те же, но газ более лёгкий, поэтому можно получить тысячу секунд, теоретически даже полторы, но это предел
Вроде как по прикидкам в газофазных ядерных реакторах на реакции деления можно получить до 25 000K (и импульсы до 5 000 сек) - причем в прямоточных это даже технически несложно - а для аннигиляции, кажется, прямоточник - вполне оптимальная модель.
+ не раскрыты еще две темы: ионная тяга (там уже сейчас импульсы до 20 000 секунд удается достичь - не очень правда понятно зачем - там уже энергетика держит) - оно не решает проблемы, но по крайней мере все-таки другой совсем диапазон.
и разгон/торможение при помощи солнечного паруса (старт - с помощью лазера, а торможение - о звезду назначения - хотя с этим есть сомнение - вроде там они не успевали затормозиться) - в "Мошке" вроде получается 30 св.лет за 160 обычных, а Нивен старается аккуратно считать.
Плюс в "Дедале" вроде считали - 1 млн секунд получается и полет в один конец без торожения на 0.12C выходит на термоядерной реакции.
no subject
Date: 2010-02-04 11:52 am (UTC)60e6 / log 100 / 9.81 = 1 330 000 секунд. То есть много меньше (что ожидаемо - потому как импульс при таком соотношении масс никак не может превышать требуемую скорость).
no subject
Date: 2010-02-04 12:10 pm (UTC)no subject
Date: 2010-02-04 12:21 pm (UTC)calc mass_st = do print (imp/9.81, m_fuel, mass_st/1000) where mass_en = 100.0e+3 imp = 60e+6 / log (mass_st / mass_en) en = (mass_st - mass_en) * imp ** 2 / 2 mev = 1.6021765310e-13 p_mass = 1.672621637e-27 j_per_kg = 1 / (p_mass * 5) * 17.1 * mev m_fuel = (en / j_per_kg) / 1000.0 mass_st = 5.0e+6 main = mapM calc [1000e3, 1500e3 .. 10000e3]Получилось:
(2656235.363322641,932.7062260158126,1000.0)
(2258528.2756504896,1048.9344704370435,1500.0)
(2041640.3712252846,1163.2721971655171,2000.0)
(1900106.8335156324,1272.7307560668328,2500.0)
(1798251.3993590584,1377.4253438475591,3000.0)
(1720283.8780595006,1477.911448475031,3500.0)
(1658012.4200722738,1574.742047268393,4000.0)
(1606711.3823477863,1668.3903718994904,4500.0)
(1563438.6460876542,1759.2478284151186,5000.0)
(1526253.9121052711,1847.636775284845,5500.0)
(1493818.5729417265,1933.8241477617319,6000.0)
(1465175.0198594406,2018.032903588677,6500.0)
(1439617.465152213,2100.4510358643165,7000.0)
(1416612.5743101942,2181.2385386380574,7500.0)
(1395748.6936921633,2260.5327800944387,8000.0)
(1376702.2433136299,2338.4526684487078,8500.0)
(1359214.811105874,2415.1019078502754,9000.0)
(1343077.139909394,2490.5715665096964,9500.0)
(1328117.6816613204,2564.9421215434854,10000.0)
То есть - если нигде не обсчитался, то при кпд 100% (что нереально конечно), можно даже со стартовой массой 1000 тонн долететь.
no subject
Date: 2010-02-04 12:36 pm (UTC)no subject
Date: 2010-02-04 12:44 pm (UTC)Получается, где-то я лишний ноль написал. Буду проверять.
no subject
Date: 2010-02-04 12:46 pm (UTC)Хмм
Date: 2010-02-04 12:59 pm (UTC)Для разгона достаточно 664 килосекунд импульса, для разгона с торможением - 1.328 мегасекунд, как и у вас. Примерно как в проекте Дедал. И примерно соответствует оценкам возможных параметров термоядерных двигателей.
Ошибся на порядок, причем в самом начале расчетов. Позорище.
no subject
Date: 2010-02-04 01:16 pm (UTC)no subject
Date: 2010-02-04 01:41 pm (UTC)no subject
Date: 2010-02-04 12:40 pm (UTC)С проектом Дедал есть еще проблемы - положительного выхода энергии от инерционного удержания до сих пор получить не могут (и в описываемой вселенной, видимо, так и не получили).
Ионная тяга не упоминается, потому что ионные двигатели дают гораздо меньшую тягу, чем разрабатываемые даже сейчас плазменные (тот же VASIMR), а им нужна тяга в сотни килограмм. И, как и плазменные, они упираются в энергетику.
Лазер не упоминается потому, что запуск корабля производился скрытно. Работу такого мощного лазера в течении нескольких десятилетий скрыть было бы, наверное, невозможно - как от жителей Зиппанга, так и от жителей Полдня. И вопрос с торможением при прибытии Нивен в Мошке как-то очень стыдливо обходит.
no subject
Date: 2010-02-04 05:25 pm (UTC)HIPEP дает 0.005 ньютона на килограмм собственного веса - то есть 0.5 кг на тонну - в принципе блок двигателей весом в 1000 тонн способен обеспечить тягу 500 кг (и вероятно, минимум на порядок эту цифру можно снизить - технология слаборазвитая - и, главное, никто не задавался целью делать мощный ионный двигатель с высокой относительно тягой - расчет идет под питание от солнечных либо атомных батарей - а там мощности низкие).
no subject
Date: 2010-02-22 02:01 am (UTC)Или сектанты, когда женятся, не вступают в физическую связь, почему и нуждаются в сперме? Но этот аспект, как мне показалось, нигде до того не всплывал и не упоминался (в противном случае сразу возник бы вопрос, как сектанты воспроизводятся).
Или это такая головоломка, которая сложилась в голове у Олега, а у читателя должна сложиться позже?
Гм
Date: 2010-02-22 07:20 am (UTC)Сектанты озабочены недостаточным генетическим разнообразием своей популяции.
В случае с фаней и его невестой - первого ребенка она рожает от Фани, второго должна была бы (если бы все шло по плану) от принесенной фаней спермы (поскольку он придет года через три, как раз первый ребенок успеет подрасти и она восстановиться).
Re: Гм
Date: 2010-02-23 10:45 pm (UTC)Если водка мешает работе
Date: 2010-03-17 02:21 pm (UTC)vinni_dub
Date: 2010-04-07 05:34 pm (UTC)Только вот до сих пор не могу понять. Как в этой вселенной "баззарды" тормозят?
Ну разгон понятен - магнитные ловушки захватывают межзвёздный газ спереди, горит он внутри, выбрасывается назад. Чем быстрее летим, тем больше ускорение - всё как в атмосферном прямоточнике. С полдороги надо тормозить - а тут уже выхлоп в сторону движения. Со спины не возьмёшь, а перед тобой факел продуктов сгорания размером с солнце...
Re: vinni_dub
Date: 2010-04-08 10:04 am (UTC)Кроме того, при торможении сопротивление магнитной ловушки и импульс непрореагировавшего газа работают на нас, поэтому баззард при торможении должен быть даже эффективнее.
Вопрос только в том, какой формы должна быть магнитная ловушка во время торможения (тема для медитации - возможна ли магнитная ловушка в форме бутылки Клейна, и если нет, то почему).
vinni_dub: Продолжаем тормозить
Date: 2010-04-08 01:44 pm (UTC)Ага, на корме противоположные полюса ловушек-на монополь надежда пока слабовата. Сверхпроводники рядышком с миллионокельвинным факелом...мдя, но допустим.
Просто и элегантно...для разгона.
При торможении всё намного сложнее, чем просто встать с ног на голову и газануть против ветра.
Сквозь активную зону бутылки газ уже не идёт. Площадь таранного поля (извините за чуждую терминологию) нужно увеличить как минимум вчетверо, поскольку из неё вычитается площаль факела, который к тому же ещё и расширяется...заррраза...а ещё загаживает гелием наш экологически чистенький межзвёздный атомарный водород. Батареек соответственно нужно как минимум...раз 16 больше...кажется.
И позвольте напомнить, что на борту только что прошёл торжественный праздник курбан-байрама, где капитан провёл три важных процедуры: зарезал оранжерейного барашка, предал полномочия своему "приёмнику", поскольку помирать собрался и рубильник МГД навечно перевёл в "выкл".
Хочешь не хочешь, а надо додумывать "токамак" в консервном состоянии на нижней палубе, который до этого ехал мёртвым грузом..ладно, как резервное питание...не дай бог чё, не за сотню, так за 500 лет до места доберёмся. Хотя может и стоит оставить хвостик плазмы, идущий через МГД и полностью отдающий свою энергию на работу ловушки.
Но по любому, факт состоит в том, что ловушка захватывает газ, подаёт его в активную зону, где он горит, разворачивается на 180 и прёт назад, не проходя по оси баззарда и вообще, двигаясь ровно в противоположную сторону направлению, в котором ловушка гонит всю заряженную субстанцию.
Проблема конечно не в том, что нужно додумывать некую "тормозную" систему, организующую активную зону не интегрированной в систему магнитной ловушки, как при разгоне (хотя, честно говоря, магнитные линии ловушки идут вдоль оси корабля, в отличии от поперечных линий бутылки-активной зоны, и как их скрестить я даже не представляю...хотя именно это решение напрашивается-таранное поле захватывает газ, сжимая и нагревая его до 300 лимонов кельвинов). Бутылка находится уже в другом месте, ближе к носу ковчега, автономна и имеет другую форму-скорее схожую с чернильницей-непроливашкой.
Проблема состоит именно в том (и автор её правильно поставил), как же запитать чернильницу, поскольку это намного более энергоёмкий и нудный процесс.
Лично в моей голове элегантная и технически красивая схема разгоняющегося "Баззарда" (в виде летучего соленоида) превращается в конструкторское мозговое извращение, схожее с велосипедным колесом без обода и спицами, направленными под 45 градусов к направлению оси..причём каждая спица представляет собой ловушку, по мощности сравнимую с ловушкой маршевого двигателя....
...Может стоит подумать о том, чтоб тормозить об межзвёздный газ?
Re: vinni_dub: Продолжаем тормозить
Date: 2010-04-09 06:21 am (UTC)Мне кажется, в ваших рассуждениях неявно содержится предположение, что поведение межзвездного газа похоже на поведение газа земной атмосферы. Высокоскоростная струя, выпущенная в этот газ, может пройти несколько световых месяцев, прежде чем взаимодействие с окружающим газом станет столько-нибудь заметным. Поэтому основная масса гелия благополучно улетит вперед от корабля и никакого вредного воздействия на работу ловушки не окажет.
Также из-за того, что газ довольно разреженный, вряд ли нужно сильно бояться взаимодействия между плазмой в активной зоне и конструкциями корабля. Действительно, я представлял себе жилую зону корабля в виде цилиндра диаметром несколько 70-80, может быть даже 100 метров, вращающегося вокруг активной зоны. Центральная зона ловушки представляет собой просто соленоид на сверхпроводящих проводах. Температура и давление, необходимые для протон-протонного синтеза, создаются за счет пинч-эффекта (неустойчивость плазменного шнура, которая представляла большую проблему для плазменных ловушек первых поколений; сжатие плазменного шнура увеличивает плотность тока и усиливает магнитное поле, что приводит к дальнейшему сжатию). Форму собственно ловушке придают вынесенные вперед на длинных штангах из композита на основе нанотрубок кольца свехпроводника диаметром несколько десятков километров.
Бутылка Клейна, в общем, и не нужна. Сила, действующая на движущуюся заряженную частицу в магнитном поле перпендикулярна вектору скорости частицы и линии напряженности поля. То есть вдоль линий напряженности поле на частицы не действует. Ионы в магнитной ловушке движутся по спирали вокруг линий напряженности магнитного поля. Если каким-то образом (например, электростатическим воздействием) изменить составляющую скорости частицы, направленную вдоль поля, то она полетит обратно ровно так же, как летела прямо.
Проблема только в том, что сфокусированной реактивной струи не получится, струя будет разлетаться вдоль того же самого поля и, действительно, мешать работе ловушки. Может быть, при торможении баззард должен работать в импульсном режиме, как у Фау-1?
Вообще, я сейчас не дома и доступ к интернету у меня тут несколько своеобразный, поэтому сейчас мне неудобно делать расчеты. На объекты размером с ловушку баззарда межзвездный газ может действовать с довольно большой силой. Надо только поточнее рассчитать диаметр ловушки и параметры торможения.
vinni_dub: Плазма рулит.
Date: 2010-04-09 12:19 pm (UTC)Позвольте мне вставить ещё несколько пятикопеечных монет на правах почти проффессионала в области конструирования ракетных двигателей (до сих пор диплом на полочке пылится...ракетные двигатели твёрдого топлива, Харьковский авиационный).
Несмотря на мою более практично применимую специализацию, плазменные технологии нашему потоку тоже давали довольно подробно, и ещё не всё из памяти испарилось..в основном только конкретные цифры. Конечно, более профессионально могли бы говорить наши ребята из нулевой и первой группы, они на плазменниках специализировались..но где они теперь, кто в Германии, кто в Калининграде.
Дело в том, что плазменные двигатели - давно существующая и практически уже применяемая в космонавтике (и неоднократно) технология.
Упоминаемый ВАСИМР, разработанный нашим бывшим соотечественником для американцев, всего лишь очередная инкарнация двигателей, основанных на внешнем подводе энергии и разгоне рабочего тела.
Первый же проект "электрического двигателя" относится к 30 годам. Он практически полностью повторял конструкцию применяемого в промышленности плазмотрона.
Принцип создания плазмы за счёт электрического разряда (дугового, искрового, коронарного) повторяется и во всех последующих многочисленных плазменных, ионных и плазменно-ионных (ПИД) двигателях.
Первое применение на практике плазменного двигателя относится к 65 году. Советский аппарат "Зонд-6" применял маневровые плазменники. Запитывались от солнечных батарей, обладали тягой в граммы. И гигантским ресурсом, просто не сравнимым с любым химическим двигателем.
Но применение на практике показало "энергетическую планку" плазменников - для сколь-либо ощутимой тяги нужна сколь-либо ощутимая мощность, не достижимая для любой энергетики выводимого на орбиту (и поэтому весьма ограниченного по массе) аппарата.
Поэтому дальше применения в качестве маневровых двигателей для беспилотных аппаратов плазменники так и не ушли.
Хотя кажется, не так давно в направлении Юпитера был запущен зонд с маршевым ионником. Ссылочку искать лень, поэтому если у кого есть под рукой, будьте добры. Единственное, что помню - это питание движка от изотопного реактора (внутри тепло от изотопов, снаружи холодный радиатор, термопары дают напругу).
Вернёмся к ВАСИМРу. Кое-что новенькое в нём есть. Это создание плазмы пучком микроволн. То бишь пропускает чувак через микроволновку струю аргона и получает тягу на выходе. Этим он несколько повысил КПД передачи энергии на рабочее тело, а следствием стало повышение удельного импульса по сравнению со стандартными плазменниками. Ну ещё (по словам разработчика) упрощение конструкции.
В итоге, если удельный импульс стандартного ПИДа больше в 100 раз самого-пресамого выгодного по импульсу химического (кислород-водородного..это маршевые Шаттла и Энергии), то удельный импульс ВАСИМРа даёт ещё прибавку в 10-20%.
А уж если я вспомнил про удельный импульс, то позвольте обратить внимание на непонятку, которая до сих пор меня коробит, когда встречается в текстах Вселенной Паргентума и в последующих обсуждениях.
Не имеет НИКАКОГО значения атомарная масса веществ, разгоняемых в качестве рабочего тела. Для удельного импульса главное это количество энергии, переданное струе. Разгоняешь водород - передал на него киловатт энергии - лёгкие атомы летят быстро-быстро и создают конкретную тягу, не меняющуюся от того, если заменить водород на вольфрам. Просто атомы вольфрама будут двигаться медленней.
Что я хочу сказать. Импульс струи (а следовательно тяга движка) - это масса струи на скорость. Чем больше масса (скажем вольфрам)-тем меньше скорость струи. То есть, для увеличения импульса струи нужно вганять в неё больше энергии, а не утяжелять атомы рабочего тела и тем самым утяжелять струю.
Именно поэтому наиболее часто применяемое рабочее тело в плазменниках, том числе и в ВАСИМРе-аргон. Самый дешёвый инертный газ. Иногда применялся азот. В ионниках как рабочее тело иногда применяется металл.
vinni_dub: Плазма ещё не иссякла
Date: 2010-04-09 12:21 pm (UTC)Вернёмся во Вселенную Паргентума.
Насколько я понял, то главной проблемой, которая возникла при вероятном обдумывании плазменного зонда хитрыми японцами Зиппанга при отправке миссии на Полдень - это невозможность, как и у нас, разместить на корабле достаточный запас энергии, рабочего тела, да ещё и втиснуть туда жилой отсек с командой человек в 20-30.
А главная проблема "паруса" с разгоном стационарным лазером - заметность с планеты.
Тада у меня вопросик. А что тогда помешало им создать маленький плазменник с передачей энергии стационарным мазером?
Техлология передачи энергии на расстояние была ещё Теслой изобретена. И сейчас используется в каждой микроволновке. Были даже опыты с электромобилями в 70-х. Питание направленным СВЧ, КПД передачи около 80%. Естественно, никто живой в луч не заходи - сваришься. Поэтому техология до сих пор в микроволновках и осталась.
Не для этого ли Зиппанг налепил реакторов на орбите целую кучу?
Ведь сразу с зонда можно снять всю энергоустановку и оставить только "тарелку" приёмной антенны. Нужно ещё рабочее тело, конечно..много-много..но чего только японцы не придумают. Могут брать снаружи, скажем. Ловушками. Помнится, в космическом корабле Дениски Кораблёва были предусмотрены специальные выдвижные вёдра для сбора дождевой воды.
Хотя...конечно...может и разгонишься, но тормозить нечем. Разве что мазера с Зиппанга будут на несколько световых лет бить без особого рассеяния.
Да и не хватит у плазменника духу (то бишь удельного импульса) на световые года летать..максимум к внешним пределам Зиппангской системы.
Но в любом случае, как вам идейка? Дарю, может пригодится. Не в этой, так в другой вселенной.
no subject
Date: 2014-12-06 05:30 pm (UTC)И то же про рлаши в "Самосогласованном решении": у них слишком грубо-физическая прогностика получилась. Им бы нужна способность предугадывать поведение жертвы, и не более - для сюжета это как раз в самый раз, потому что их там используют против управляемых боевых аппаратов, а не против автоматики. Т.е. серафимы получаются зависимы от своей природной системы локации (не могут построить автоматику, коя бы управляла аппаратами лучше, чем их пилоты), а против серафимов срабатывает рлашская переразвитая способность рефлекторно предугадывать движения стайных животных. Общая же прекогнистика получается и лишней, и фэнтезийной (выбивающейся из "инженерной" картины мира).