Interstellar Propulsion для жесткого научно-фантастического романа

Важное изменение

el duderino с благодарностью сообщил мне об ошибке, которую я допустил в своих формулах:$p = \frac{E}{c}$не то, что я использовал раньше:$p = \frac {E}{c^2}$

Это Изменяет почти каждый аспект моей второй части (Основная предпосылка для самодвижущегося космического корабля) и важен для каждого, кто решил использовать какой-либо аспект для своего собственного мира.

Важное изменение 2

На этот раз Эль Дудерино снова смог улучшить этот ответ с помощью уравнения, которое позволяет точно рассчитать скорость в зависимости от нашего физически лучшего метода накопления энергии. Это включает в себя специальную теорию относительности и поэтому является более точным, чем другие уравнения, которые я использовал, особенно при достижении высоких релятивистских скоростей.

$v = c \cdot$$\frac {(\frac {mi}{mf})^2 -1}{(\frac {mi}{mf})^2 +1}$пока$mi$= начальная масса и$mf$= конечная масса

А также исправлена ​​еще одна ошибка расчета.

Осуществимость солнечных парусов

Солнечные паруса предлагаемого размера и масштаба будут работать в будущем. Размер солнечного паруса имеет значение только с точки зрения эффективности.

Фотоны не занимают места, поэтому вы можете сконденсировать весь свет, излучаемый вашими лазерами, в квадрат$1m$если ты хочешь. Проблема здесь только в том, что известные нам зеркала не отражают 100% света, падающего на них, поэтому вы потеряете эффективность при использовании зеркал нашего времени. Но если учесть, насколько неэффективен световой двигатель, это не имеет большого значения.

Настоящая проблема ваших солнечных парусов заключается в том, что они являются билетом в один конец в другое место во вселенной. Потому что для того, чтобы вернуться, вам снова понадобится огромный массив лазеров, чтобы снова оттолкнуть вас в другую сторону. И при определенных обстоятельствах замедление также может быть проблемой. (Когда ты не направляешься к другой звезде)

Другая проблема заключается в том, что с увеличением расстояния все меньше и меньше света попадает на ваш солнечный парус, и это лишает ваш парус возможности дальнейшего увеличения его скорости.

Вот почему космический корабль, способный полностью маневрировать, был бы лучшим выбором.

Базовая предпосылка для самоходного космического корабля

Когда вы хотите космический корабль, который любой из ваших безумно богатых персонажей использовал бы для себя, вам нужен космический корабль, который также может когда-нибудь вернуться. Здесь я покажу, как движение работает с фотонами, но то же самое справедливо и для любых других элементарных частиц . Как написано здесь, фотоны имеют импульс, хотя у них нет массы. Вместо того, чтобы рассчитывать импульс следующим образом:

• $p = m \cdot v$(p = импульс, m = масса объекта, v = скорость объекта)

вы делаете это для фотона/каждой другой элементарной частицы :

• $p = \frac {E} {c} = \frac{h \cdot f} {c}$(E = энергия, h = постоянная Планка, f = частота, c = скорость света)

Пример

Проблема в том, что импульс, который вы получаете от этого, ОЧЕНЬ мал.

Обычно

Шоколад имеет 2200$kj$химическая энергия для нашего тела на 100$g$если бы химическая энергия использовалась для продвижения вперед, вы бы получили это:$E = 0.5 \cdot m \cdot v^2$если мы изменим эту формулу, чтобы получить скорость, она будет выглядеть так:$v^2 = \frac {E}{0.5 \cdot m}$теперь с цифрами:$v^2 = \frac {2200000j}{0.5 \cdot 0.1kg} = 44000000$теперь извлекаем квадратный корень и получаем 6633,25$\frac {m}{s^2}$или 23 879,7 км/ч

Ускорение со светом

Когда мы делаем то же самое, но используем энергию для питания фонарика со 100% эффективностью и тем же весом 100$g$мы приходим к:$p = \frac {2200000j}{299792485 m/s} = 0.0073$и потому что$p = m \cdot v$мы можем сказать$v = \frac {p}{m}$и с цифрами$v = \frac {0.0073}{0.1kg} = 0.073 m/s$это менее чем в миллион, а не в 2,7 миллиарда раз хуже, чем техника «обычного движения», которая далека от того, чего мы достигаем на Земле, но и близко не соответствует тому, чего мы достигаем с помощью легкого движения. (в лучшем случае на практике это выглядело бы еще хуже, но не так плохо, как в моем старом ответе)

Как вы, вероятно, догадываетесь, самой большой проблемой вашего самоходного космического корабля будет то, как хранить все топливо/энергию, необходимые для движения, не увеличивая вес космического корабля больше, чем может толкать добавленное топливо.

Хранилище энергии

Отказ от ответственности

Это больше не может считаться точной наукой, потому что вещи, предложенные ниже, вряд ли будут реализованы в реальной жизни.

"Решение"

Я уже просчитал наиболее вероятные варианты хранения топлива/энергии. И все они далеки от достижения чего-либо. Итак, это последняя возможность, которую я придумал:

Чистая массовая энергия (насколько мне известно, это самая эффективная по весу система хранения, разрешенная физикой):

Проблема с решением

Чтобы высвободить энергию, хранящуюся в чистой массе, вам нужна антиматерия, а антиматерия любит вступать в реакцию со всем, что называется «материей», что в большинстве случаев означает все. И тем самым делает его невозможным для хранения с использованием современных технологий и, вероятно, даже с технологиями будущего. И когда вы не можете хранить свое топливо, вы не можете взять его с собой, в том числе взять его на космическом корабле для межзвездного путешествия.

Актуальное решение

Масса в физике это насколько я знаю чистая энергия и рассчитывается по такой формуле:$E = m \cdot c^2$что для одной карты Din A6 означает$E = 0.001kg \cdot 299792458^2m/s = 8.99 \cdot 10^{13}j$. Что дает скорость 299,87 м/с для метрической тонны космического корабля, который все еще довольно медленный, но с космическим кораблем, который весит 2 тонны и имеет более 8 тонн топлива, вы бы достигли 0,923c в соответствии с формулой, которую я упоминал в редактирование 2. Без этой формулы вы всегда достигали бы скорости света:

$E=mc^2$. Так,$p = E/c \implies p = mc^2/c = mc$. Окончательно,$v = p/m \implies v = mc /m = c$

Заключение

Таким образом, с лучшей системой накопления энергии это действительно осуществимо и может использоваться в качестве билета назад.

Что, в свою очередь, возвращает нас к солнечным парусам, которые теперь выглядят неплохо, потому что их можно использовать для пути от земли, а топливо на борту можно использовать для возвращения домой.