Какой тип звезды лучше всего использовать для двигателя Шкадова, чтобы как можно скорее достичь Андромеды?

Вы хотите использовать свет, чтобы подтолкнуть звезду.

Чем больше света излучает звезда, тем больший толчок она может производить. Но чтобы произвести больше света, звезде нужно больше массы, что повлияет на ваше ускорение. Где сладкое место?

Согласно Википедии , соотношение массы и светимости можно записать как

${L \over L_{S}}=p({M\over M_s})^q$

где

• если$M<0.43M_s$затем$q=2.3, p=0.23$
• если$0.43M_s < M<2M_s$затем$q=4, p=1$
• если$2M_s < M<55M_s$затем$q=3.5, p=1.4$
• если$M>55M_s$затем$q=1, p=32000$

Если мы предположим, что тяга пропорциональна светимости, вышеизложенное может дать нам зависимость между тягой и массой и, таким образом, позволит нам вычислить максимальное ускорение, которое мы можем получить, предполагая, что в нерелятивистском режиме мы имеем$a=F/m$

мы получаем это

$a = {p L_s \over {M_s}^q}M^{q-1}$

Нахождение максимума по сравнению с M вышеприведенной функции даст вам оптимальное подруливающее устройство.

Как грубый инженер, я построил график зависимости ускорения от массы звезды, в результате чего получился следующий график.

Что говорит о том, что лучший двигатель - это звезда с массой 55 солнечных. Больше этого не даст вам большего ускорения.

Если вас интересует максимальное значение deltaV, а не максимальное ускорение, теперь вам нужно объединить тягу с количеством времени, в течение которого она может действовать, определяемым временем жизни звезды.

В этой таблице указано время жизни звезды в зависимости от ее массы.

удобно вычислить в таблице, где$deltaV = a\cdot time$, вы получите следующее

Очевидно, что максимум deltaV будет давать звезда с массой 60 солнечных: большой толчок за очень короткий промежуток времени.

В идеале звезда$6\text{-}8$солнечные массы.

Очень массивные звезды — не лучший выбор по двум причинам. Во-первых, эти звезды имеют тенденцию быть довольно агрессивными в течение своей жизни, с сильными звездными ветрами и иногда энергичным нетепловым излучением, таким как рентгеновские лучи. Добавление защиты к мегаструктуре, такой как двигатель Шкадова, может быть возможно, но это проблема. К тому же через несколько миллионов лет, если звезда будет тяжелее 8 солнечных масс, она взорвется сверхновой, и очень велик шанс, что ваш двигатель просто разрушится в межгалактическом пространстве.

Вторая причина заключается в том, что для звезд выше$2M_{\odot}$, конечная скорость, которую звезда может развивать на протяжении всей своей жизни, по существу не зависит от массы при разумном соотношении масса-светимость.$^{\dagger}$На самом деле мы можем сделать эти расчеты, просто используя закон сохранения энергии, следуя методу Хупера 2018 , который применил движение звезд с использованием энергии, собранной сферами Дайсона. Аргумент здесь один из сохранения энергии. Конечная скорость$v$после того, как двигатель работал в течение времени$\Delta t$есть, для звезд$M>2M_{\odot}$,

Давайте тогда предположим, что масса звезды не имеет значения для звезд с интересующими нас массами. Затем я утверждаю, что мы должны выбрать звезду в диапазоне$6M_{\odot}<M<8M_{\odot}$. Почему? Есть несколько причин:

• Звезда массивнее, чем$8M_{\odot}$подвергнется вспышке сверхновой до прибытия в Андромеду.
• Звезда менее массивная, чем$6M_{\odot}$к тому времени, когда он прибудет в Андромеду, его энергия еще не будет исчерпана.
• Менее массивная звезда живет более длительный период времени, и поэтому она может дольше служить источником вспомогательной энергии для других функций двигателя.
• Звезды в этом диапазоне масс гораздо реже имеют вспышки и извержения, чем массивные звезды, за которые выступали другие.

Короче говоря, выберите звезду умеренной массы, и вы эффективно достигнете Андромеды и, что наиболее важно, не будете сожжены сверхновой.

$^{\dagger}$Л.Датч отмечает разрыв соотношения масса-светимость для$M>55M_{\odot}$, хотя я не уверен, что это широко используется, и, во всяком случае, эти звезды чрезвычайно редки.

$^{\ddagger}$Я получил это значение, предполагая, что все звезды$M>2M_{\odot}$достигать предельных скоростей$v_{\text{max}}\approx0.045c$(что вы можете увидеть с помощью быстрого расчета с использованием приведенной выше формулы) и будет иметь среднюю скорость примерно вдвое меньше. Тогда время в пути до Андромеды составляет примерно 114 миллионов лет, а звезда с массой$M=6M_{\odot}$оставил бы главную последовательность после этого времени - я пренебрегаю эволюцией главной последовательности.

Вместо двигателя Шдакова используйте... Двигатель Каплана! Гипотетическая мегаструктура, которая по сути действует как огромная ракета, стреляющая в одну сторону, чтобы двигаться в другую. Для этого сначала требуется базовый рой Дайсона. Поскольку ваша цивилизация может создавать двигатели Шдакова только с помощью зондов, я предполагаю, что у них есть возможность создать рой Дайсона.

Двигатель Каплана — это мегаструктура, похожая на космическую станцию, направленная к Солнцу, которая черпает энергию из роя Дайсона и собирает солнечную материю, приводя в действие ядерный синтез, который выбрасывает частицы из своего «двигателя» со скоростью около 1% скорости света. Вторичный двигатель запускает вторую струю частиц в сторону Солнца, толкая его вперед, чтобы мощность основного двигателя не привела к столкновению мегаструктуры Каплана с Солнцем.

Цитата из статьи, на которую я дам ссылку.

«Струя с темпом потери массы m и средней скоростью (v) сообщает солнцу ускорение m(v)/M⊙»

Чтобы максимизировать ускорение, или a , вы должны увеличить m и (v) так, чтобы m не было достаточно большим, чтобы повлиять на продолжительность жизни звезды.

Двигатель Caplan использует огромные электромагнитные поля для сбора водорода и гелия с Солнца, поскольку для этого требуются миллионы тонн топлива в секунду. Однако этой разреженной межзвездной материи недостаточно для питания двигателя «Каплан». Здесь мы будем использовать рой Дайсона. Рой будет фокусировать солнечный свет на самой звезде, нагревая эти области до невероятных температур и заставляя миллионы и миллионы тонн материи подниматься из звезды, которые будут направляться в двигатель Каплана с помощью его электромагнитных полей.

Гелий и водород разделены, где гелий используется в реакторах термоядерного синтеза, при этом первичный двигатель выбрасывает радиоактивный кислород при температуре в миллиард градусов. Вторичный двигатель использует ускорители частиц для выброса собранного водорода обратно на Солнце, уравновешивая двигатель Каплана, чтобы предотвратить его столкновение с поверхностью. Звезда может переместиться на 50 световых лет всего за один миллион лет.

Использование звездной материи также продлит срок жизни звезды, поскольку меньшие звезды подвергаются слиянию с меньшей скоростью.

Если мы предположим совершенно эффективный Рой Дайсона, всего за 5 мегалет звезда может достичь скорости до 200 км/с, в отличие от 20 км/с, которые двигатели Шдакова достигают после еще более длительного периода времени, однако скорость потери массы ограничивает скорость. использование звезды до 100 мегалет использования, прежде чем звезда станет достаточно затронутой, чтобы ограничить производительность и уменьшиться.

Более целесообразно перенаправить звезду на траекторию, по которой вы хотите, чтобы она двигалась, запустив двигатель Каплан всего на 10 мегалет в этом направлении.

Я знаю, что это не дает прямого ответа на ваш вопрос, но я думаю, что в настоящее время двигатель Каплана — лучший способ работать со звездными двигателями>

Ссылка на статью: ссылка

Неестественный.

Ответ L.Dutch - хорошее начало. Если вы просто хотите найти естественную звезду, чтобы летать вместе с ней, подойдет что-то в диапазоне 55-60 солнечных масс. И действительно, это хорошее место для начала ....

Но вы можете добиться гораздо большего, чем просто найти естественную звезду и поехать вместе с ней. В конце концов, у вас уже есть технология для создания двигателя Шкадова, и у вас есть миллионы лет и целая звездная система ресурсов для дальнейшего развития.

Светимость звезд увеличивается на протяжении всей их жизни, поскольку ядро ​​становится более компактным, а синтез ускоряется. Последняя сверхновая — это своего рода конечная точка этого непрерывного процесса… и в то же время огромная потеря.

Если вы сможете снять материал со звезды, когда она стареет во время путешествия, вы сможете остановить увеличение светимости и продлить срок ее жизни. Затем эта масса имеет множество применений. Вы можете использовать его в качестве реактивной массы, чтобы повысить эффективность движения и быстрее добраться до Андромеды. Вы можете использовать его, чтобы медленно построить звезду-компаньон, которая обеспечит дополнительную выходную мощность и улучшенную тягу. Или вы можете сохранить его, чтобы вернуться к исходной звезде позже, когда у нее действительно закончится топливо.