Дает ли солнце достаточно энергии, чтобы разогнать большой корабль до приличной доли скорости света?

Это произошло, когда я просчитывал некоторые цифры о возможностях межзвездной колонизации с точки зрения науки, и я в основном хочу знать, допустил ли я какие-то серьезные ошибки и где-то ошибся на несколько порядков.

Во-первых, если предположить, что скорость света является абсолютным пределом, любой возможный космический корабль должен быть полностью автономным, то есть иметь на борту все, что ему и его пассажирам когда-либо понадобится. Поэтому он должен быть довольно большим. Я просто возьму куб с длиной ребра 10 км. Если положить плотность 1 (строительный материал высокой плотности, наполненный воздухом), это дает массу 10 12 тонн.

Во-вторых, если вы хотите добраться до любой другой звезды в течение человеческой жизни, вам нужна скорость, которая составляет приличную долю скорости света, скажем 0,5 с .

Для расчета топлива необходимо разогнаться 10 12 тонн до 0,5 с (а потом снова тормозить до нуля) используем ракетное уравнение, например здесь . Скорость выхлопа 1 с и целевая скорость 0,5 с дает нам, что нам нужно примерно столько топлива, сколько массы мы хотим разогнать (калькулятор дает 40 % топливо и 60 % вес корабля).

Для достижения скорости выхлопа 1 с мы будем использовать двигатель антивещества. Антиматерия будет производиться из энергии нашего Солнца. Полная выходная энергия солнца соответствует преобразованию 4 * 10 6 тонн вещества в энергию в секунду. Таким образом, если кто-то может захватить всю выходную энергию солнца, ему потребуется около 10 12 / ( 4 * 10 6 ) "=" 2,5 * 10 5 секунд или около 7 часов.

Таким образом, ускорение одного корабля такого размера примерно до половины скорости света уже потребовало бы полной выработки энергии нашего Солнца в течение нескольких часов, если предположить, что 100 % идеальная эффективность на каждом этапе. Итак, мы говорим о полной сфере Дайсона, а не о каких-то больших солнечных парусах. Имеет ли это смысл, я где-то пропустил что-то важное?

Редактировать (в ответ на комментарии): я действительно думал о полностью самодостаточном колониальном корабле, и для этого действительно нужны миллионы людей. Все вычисления также линейны по массе, поэтому, если вас интересуют числа для меньшего корабля, вы можете просто разделить необходимую энергию на тот же коэффициент, на который вы уменьшаете массу. Сходство 100 % на эффективность проще всего смотреть, потому что можно объяснить более низкую эффективность, просто умножив любую эффективность, которую вы хотите использовать.

на какую изоляцию вы предъявляете иск из-за своей антиматерии и какую массу она либо добавляет к массе вашего космического корабля, либо уменьшает доступное жизненное пространство?
Рассмотрим небольшой сдвиг кадра. Первая волна маленьких быстрых роботов, которые предварительно строят тяжелые вещи, подтверждают обитаемость. Второй запуск большого медленного корабля с «вещами» (семянами, ДНК и т. д.), чтобы прибыть одновременно с колонистами. Круизный лайнер третьей волны меньшего размера, более быстрый, заполненный только людьми, чтобы дать вам эффект «в моей жизни», которого все хотят (при условии, что стазис / гибернация не вещь).
@DWKraus, еще лучше, второй запуск, рассчитанный на десятилетия или более b4 поселенцы с несколькими роботами, чтобы выполнить любое необходимое световое терраформирование и посадить эти семена, чтобы, когда они туда доберутся, у него уже был функционирующий биом, чтобы поддержать их, отправив спутник и лазерную связь для отчетов о ходе работы, чтобы вы могли отложить третий запуск, пока не узнаете, что он будет готов, когда они туда доберутся, тоже может быть полезно.
Судно такого размера могло бы поддерживать население в 4 миллиарда человек, согласно worldbuilding.stackexchange.com/a/48261/33515 , и при условии, что палубы высотой 5 метров. даже вычитая нежилые площади, вы все равно сохраняете огромную емкость.
@Pelinore по размерам можно догадаться, что это самодостаточная колония, им не нужно ничего, кроме энергии и материи в новой стартовой системе, но все это не имеет отношения к q
@MolbOrg установка заставляет их нести свое топливо для антиматерии, все существующее оборудование для сдерживания антиматерии очень большое, очень громоздкое и требует большого количества энергии для работы, поэтому также нуждается в топливе ... это нетривиальное соображение, которое так часто поглощает все доступное пространство плюс некоторые из этих идей космических путешествий. .. но если его ответ "используя handwavium", меня это устраивает, я просто спрашиваю. ;о)
Я помню, как в «Руководстве по звездным полетам» указывалось, что для достижения релятивистских скоростей вам действительно нужно использовать антивещество в качестве топлива, и термоядерный синтез — плохой второй вариант. Так что вы правы, солнечная энергия не поможет.
@Pelinore да, свойства контейнера с антиматерией и его характеристики неизвестны, но если это, например, антиуран (антижелезо) или антиуран и антикислород - масса будет компактной, а давление паров этого состава почти отсутствует, и вы его используете как источник энергии для внутренних нужд, разгонять комок антиурана антижелезными якорями. Если вы думаете об антиводороде, это не значит, что это единственный вариант. Конечно, вся проблема с хранением — это handwavium, поэтому она не является частью q. Плотность корабля подобна воде, поэтому антиматерия в форме металлических/плотных элементов занимает часть этого объема.
Так как эту антиматерию не нужно хранить рядом с людьми, она может быть независимой структурой, несколькими отдельными структурами двигателя 50/50 массы антиматерии нормальной массы, которые тянут основной корпус и потребляются с течением времени, в основном это означает, что как большая часть это система обработки антиматерии в конце дня, это также часть материи, которую мы используем для уничтожения. Но все это оффтоп для q

Ответы (1)

У вас есть несколько незначительных ошибок ... это легко сделать, и это хорошая причина для выполнения всей вашей работы в программе, электронной таблице, инструменте математического моделирования или чем-то еще. Очевидная ошибка в том, что 250000 секунд — это 70 часов, а не 7 , и вы применяете скорость создания массы к общей массе корабля.

Вот мои работы и результаты:

Для дельта-V 1c и скорости истечения 1c (и игнорирования релятивистских эффектов, которые немного непослушны, но не слишком непослушны при максимальной скорости всего 0,5c) вы получаете отношение масс e (~ 2,7), это потому что ракетное уравнение дает нам р "=" е Δ в В е . Если ваша общая стартовая масса составляет 10 12 тонн (здесь я буду использовать метрические), это означает, что у вас будет сухая масса 10 12 / е , или ~3,7x10 11 т, NS ~6,32x10 11 т топлива. Это больше похоже на 63,2% топлива, 36,8% корабля.

(Отмечу, что если бы у вас было дельта-V 0,5c, то есть достаточное только для того, чтобы набрать крейсерскую скорость и не замедляться снова, вы в конечном итоге получите отношение масс е , что будет отражено как запуск, состоящий из 60 % корабля и 40 % топлива, а это цифры, которые вы изначально придумали.)

Ваше топливо будет только на 50% состоять из антивещества. Это немного упрощает следующее, потому что, когда вы создаете материю ex nihilo, вы получаете равное количество материи и антиматерии из-за сохранения барионного числа .

Предполагая идеальное преобразование энергии в массу, e=mc 2 показывает, что вам нужно 6,32x10 11 xc 2 или ~5,68x10 31 Дж энергии. Светимость Солнца составляет 3,828x10 26 Вт. Если вы соберете 100% этой величины, вам потребуется ~148412 секунд (или чуть более 41 часа), чтобы создать необходимую массу материи и антиматерии.

Если вы имели в виду короткую тонну вместо метрической тонны , ваши требования к массе немного снизятся, и для создания необходимого вещества и антивещества потребуется около 134637 секунд, или около 37,4 часов.

Есть лучшие способы делать то, что вы хотите (для начала, использовать магнитное торможение в пункте назначения вместо баджиллионов тонн антивещества), но это немного выходит за рамки этого вопроса. Вы можете задать другой вопрос о том, как сократить потребление топлива без ущерба для времени в пути.

Это хороший. крошечная крошечная операция пропущена, так как вы этого не указали - замедление, если это делается так же, как ускорение
@MolbOrg есть упоминание о « а затем снова замедлить до нуля ». Похоже, они учли это, поскольку их цифры не так уж неверны.
хотя 100-процентная эффективность ОП для преобразования солнечной энергии в антивещество требует использования примерно на 70% больше ручных волн, чем известно, существующих во Вселенной: o)
@MolbOrg, хотя теперь я смотрю на это, наличие неправильного дельта-V в 2 раза объяснило бы соотношение масс, которое они придумали, так что, возможно, они заметили это, а затем не учли ...
@Pelinore тоже кажется нетерпеливой. Готовы подождать всего несколько дней, чтобы заправиться перед поездкой, которая займет десятилетие или больше?
"а затем снова замедлить до нуля" - ах, да, пропустил это и да 1c total deta-v = e , верно. оп поменял местами числа округлились или да ошибка расчета. @Pelinore «100% эффективность OP» - не проблема, время можно разделить на эффективность, и работа выполнена. эти коэффициенты - единственная ручная работа, которая зависит от реальных инженерных решений и экспериментальных данных - для оценок, которые типичны для того, чтобы сосредоточиться на главном и отбросить сложные вещи.
Эй, помнишь, я тогда сказал, что это не место для обсуждения баранов? Хорошие времена, хорошие времена.
Дает ли солнце достаточно энергии, чтобы разогнать большой корабль до приличной доли скорости света?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v