Масштабирование внутренних драйверов массы?

Внутренние приводы массы являются потенциально полезным космическим двигателем из-за доступности реактивной массы (вы можете использовать что угодно, от запасных частей до буквально грязи в качестве топлива, при условии, что у вас есть ферромагнитное ведро, которое вы замедляете и возвращаете в конце). Однако в длительных поездках, в которых использование ресурсов на месте может быть недоступным, особенно в межзвездных поездках на кораблях-генерациях, требуется более высокая скорость выхлопа, чтобы максимизировать топливную эффективность привода.

Отличный сайт Atomic Rockets содержит этот набор характеристик для масс-драйвера, но скорость истечения 30 км/с не совсем подходит для межзвездного космического корабля, даже если вы просто привяжете свой корабль к удобному маленькому астероиду для использования. для топлива. Если бы мы умножили длину привода на десять, согласно уравнению в ф 2 "=" в я 2 + 2 а Δ г (релятивистские эффекты при этих скоростях незначительны, поэтому мы можем их игнорировать), для массового двигателя с таким же ускорением, но в десять раз больше, мы получаем скорость выхлопа чуть меньше 95 км/с, что немного лучше, хотя нам пришлось увеличить массу привода и его источника питания в десять раз, чтобы увеличить скорость выхлопа чуть более чем в три раза. Однако я не знаю, возможно ли на самом деле масштабировать драйвер массы так, как я описал.

Можно ли увеличить Массовый Драйвер, просто сделав его длиннее? Существуют ли какие-либо факторы, которые потребовали бы увеличения массы больше, чем можно было бы предположить с точки зрения простого «сделать ее длиннее»? Есть ли какие-либо другие факторы, которые я здесь не учитываю?

Если вы проголосуете против, комментарий с вашими причинами будет оценен. Таким образом, я могу решить проблему и улучшить вопрос;)
Разве топливо не является проклятием космических путешествий? Кажется, вы тратите большую часть своей энергии ускорения только на перемещение реактивной массы.
@JBH, да, топливо - проклятие космических путешествий. Вот почему мы пытаемся сделать его более экономичным.
В качестве примечания, не будет ли намного проще просто использовать ионный двигатель? Ионы легче стабилизировать, легче достичь релятивистских скоростей, а в космосе гораздо больше водорода, чем чего-либо еще. Астероиды на удивление трудно найти, и если вы привяжете один из них к своему кораблю, вам придется ускорять астероид так же, как и корабль. Кроме того, если вы уже набираете скорость, поймать астероид будет невероятно сложно, и это существенно замедлит ваш корабль.
@ckersch Преимущество массового привода заключается в его способности использовать что угодно в качестве топлива. Для ионного двигателя вам нужен очищенный элемент, а большинство элементов, которые хорошо работают в ионных двигателях, довольно редки (водород - плохой выбор из-за его малой массы, но не исключительно низкой энергии ионизации, большинство инертных газов и щелочных металлов). начальство). Вы бы не «поймали» астероид для межзвездного путешествия, вы бы либо сопоставили орбиты и сближались в обычном режиме, либо просто построили свой корабль генерации и массовый двигатель на самом астероиде (вероятно, из астероидных материалов).
Кроме того, тот факт, что мы обнаружили сотни тысяч астероидов, как бы опровергает идею о том, что их «удивительно трудно найти».
Конечно, мы нашли много, но они разбросаны по огромному пространству и сосредоточены в нескольких местах. Если вы планируете путешествовать между звездами, вы столкнетесь с очень немногими из них, а те, с которыми вы столкнетесь, будут двигаться на высоких скоростях, как и ваш корабль. Вы можете начать с одного, прикрепленного к вашему кораблю, но это только начало вашего путешествия с большим количеством топлива, что приводит к стандартным проблемам с ракетой. С тем же успехом вы можете начать с огромного блока лития и использовать его в ионном двигателе.
Водород не самое лучшее топливо, но он достаточно хорошо работает в двигателях MPD. Его также легче всего собирать в космосе, особенно в межзвездном пространстве. Какой бы движок ни позволял вам наилучшим образом использовать этот ресурс, вы и захотите его использовать.
@ckersch, но гораздо проще найти, скажем, гигатонну астероида (существует множество гигатонн + астероидов, в которые можно просто зарыться и привязать к ним массовый привод), чем найти гигатонну лития (которую вам нужно очищать, вероятно, из тысяч или десятков тысяч гигатонн других материалов). Хотя в целом блок лития может доставить вас туда быстрее, если вы примете во внимание время, затрачиваемое на сбор лития, астероид станет намного более быстрым и дешевым кораблем поколения.
@ckersch, кроме того, хотя водород является наиболее распространенным элементом в Солнечной системе (около 70% его по массе), его также относительно трудно получить в огромных количествах по сравнению с астероидами (подавляющее большинство недоступно похоронено на солнце и массивные гравитационные колодцы газовых гигантов). Следовательно, для дешевого и легкого корабля генерации астероид, привязанный к массовому двигателю, трудно превзойти.

Ответы (3)

Да, но инженерия будет сложной.

Даже разогнаться до 30 км/с сложно. Современные экспериментальные рельсотроны развивают скорость только от 2 до 3 км/с . Большая часть этого связана с ограничениями на источник питания и длину ствола для практического применения оружия (именно это вы и хотите изменить), но не все из них; даже у маломощных рельсотронов возникают проблемы с эрозией рельсов и электросваркой, что серьезно испортит двигатель!

Чтобы решить эти проблемы, вам лучше использовать койлган ( или «гаусс-пушку»). Я не знаю, были ли построены какие-либо крупногабаритные койлганы; они значительно сложнее рельсотронов, так как требуют тщательной синхронизации различных компонентов ускорителя. Небольшие койлганы, подобные тем, которые увлеченный любитель может построить в гараже , позволяют избежать проблемы электросварки, но им все равно придется иметь дело с фрикционным нагревом и эрозией ствола. Однако, к счастью, крупномасштабный койлган может быть спроектирован так, чтобы снаряд естественным образом центрировался за счет магнитной левитации . Несмотря на то, что в настоящее время такая спиральная пушка военного класса рассчитана только на скорость около 3 км/с в атмосфере, нет никаких фундаментальныхПричина, по которой его нельзя масштабировать до произвольно высоких скоростей дульного/выхлопного газа при работе в вакууме, если вы гарантируете, что снаряд никогда не соприкасается со стенками ствола . «Все», что вам нужно сделать, это убедиться, что волна активаций катушек ускорителя немного ускоряется перед снарядом на всю длину ствола, и что инфраструктура ствола может выдержать силы реакции. Поскольку силана снаряде нет необходимости увеличивать длину, должна быть возможность бесконечно удлинять ствол только за счет линейного увеличения массы конструкции. Кроме того, массу ствола можно уменьшить, просто ограничив максимальную массу одного снаряда (таким образом ограничивая силу, необходимую для его ускорения)[*], а скорость 95 км/с значительно ниже скорости, при которой электрические управляющие сигналы могут передаваться по стволу.

На практике, если у вас нет очень хорошего контроля качества на входах вашего драйвера массы, вы не захотите использовать единую централизованную систему управления; профиль ускорения каждого снаряда, вероятно, будет немного отличаться, поэтому вам понадобятся лидарные датчики (или что-то подобное), распределенные вдоль ствола, чтобы измерять фактическое продвижение снаряда и локально запускать последовательные катушки ускорителя.

Существует также проблема восстановления ковша / поддона. Если вы хотите, чтобы все компоненты накопителя можно было использовать повторно, и вы хотите иметь возможность просто сбрасывать в него любую имеющуюся у вас массу в качестве повторной массы без предварительной обработки, тогда

  1. Вам нужно ускоряющееся ведро, чтобы нести произвольную массу, так как вы не можете полагаться на то, что сама перемасса обладает необходимыми магнитными свойствами.
  2. Нельзя выбрасывать ведро.

Если вы согласны носить с собой некоторую выделенную «топливную массу» и просто дополнять ее произвольными вещами, тогда вы можете выбросить свои башмаки, и все станет проще. Аналогичная ситуация возникает, если у вас есть бортовые средства для переработки добытых материалов в башмаки, но тогда вы не можете просто использовать все, что найдете, волей-неволей, и к тому же у вас есть дополнительные сложности, связанные с переработкой и производством.

Итак, как вы собираетесь восстановить ведро(я)? Ну, во-первых, вы знаете, что масса пустого ведра, очевидно, меньше, чем ведра, наполненного перемассой, поэтому вы можете замедлить его гораздо быстрее при той же величине силы, а поскольку стадия замедления вызовет натяжение ствола . , вы можете использовать гораздо более высокую силу замедления! Это означает, что восстановление ведра не будетзанимают половину длины ствола; 10% или даже меньше было бы правдоподобно, и размер секции замедления будет масштабироваться линейно с остальной частью драйвера. Хитрый момент будет заключаться в том, чтобы поймать ведра в конце и вернуть их для повторного использования. Я совсем не уверен, как организовать эту инфраструктуру таким образом, чтобы оставить отверстие для повторной обработки и не добавить кучу движущихся частей, которые затем могут выйти из строя.

[*] Вы можете сэкономить еще больше массы, расположив привод массы в конфигурации тягача, когда ствол будет выступать вперед , а основная часть корабля будет располагаться вокруг сопла. Это приведет к растяжению всей конструкции, а конструкционные металлы, как правило, намного прочнее при растяжении, чем при сжатии (с другой стороны, если вы строите опорную конструкцию ствола из астероидной породы, это было бы плохой идеей, так как горная порода намного прочнее при сжатии). Если вы все тщательно устроите, вы можете убедиться, что секция замедления также находится в напряжении, но если это становится непрактичным, утешьте себя тем фактом, что секция замедления ковша в любом случае относительно мала, так что вы все равно получите чистую экономию в общей массе.

В качестве примечания: страница Википедии, посвященная койл-пушкам, немного вводит в заблуждение относительно определения гаусс-пушки. Катушки, которые вы здесь описываете, были изобретены Кристианом Биркеландом. Пушки Гаусса, в которых используется импульс, передаваемый между сталкивающимися магнитами, были изобретены Карлом Гауссом и заметно отличаются от койлгана, но в научной фантастике их часто путают.
«убедитесь, что волна активаций катушки ускорителя немного ускоряется перед снарядом по всей длине ствола». Означает ли это все более быстрые сдвиги тока, который должен проходить через последовательные катушки (переход от нулевого тока к некоторому максимальному значению в все меньше и меньше приращение времени) по мере увеличения скорости снаряда? Если это так, будет ли это означать некоторые ограничения того, насколько быстро снаряд может быть реально ускорен гигантским койлганом, просто исходя из максимальной скорости, которую может увеличить ток в известных материалах?
@Hypnosifl Нет. Время, необходимое катушке для достижения максимальной силы поля, не имеет такого значения, как интервал, после которого вы начинаете активировать каждую последующую катушку. Возможность более быстрого переключения одной катушки даст вам большую эффективность, но принципиально не ограничивает максимальную скорость снаряда.

Массовый драйвер Уроборос.

Суть длинных, длинных, длинных массовых двигателей заключается в том, что каждый набор катушек получает одно использование для каждой порции топлива, а затем это делается. Неэффективно! Они дорогие, эти катушки. И одно дело иметь 2-километровую бочку, спокойно лежащую на Луне, другое - смонтировать ее, торчащую приапикально из твоего звездолета. Эстетика, знаете ли.

Я предлагаю круглый привод массы, который ваш корабль будет носить со вкусом опоясанным по средней части. Полезная нагрузка перемещается по кольцевой дорожке, проходя через один и тот же набор катушек снова и снова, ускоряясь по мере движения. Каждый проход через ваши катушки добавляет энергии. Конечно, здесь чем больше, тем лучше из-за центробежной силы, прижимающей ваш снаряд к нижней части гусеницы, когда она поворачивается, но ваша гусеница — это прочный материал, и вы можете настроить свои вторичные полукруглые катушки, чтобы оказывать магнитное воздействие на снаряд, противодействующий его тенденции. вытолкнуть радиально.

Конечная скорость вашего снаряда будет зависеть от того, какие радиальные силы сможет выдержать ваша гусеница и насколько успешно вы сможете противостоять этой радиальной силе с помощью магнетизма. В момент выпуска ваша гусеница откроется (надеюсь, в специально созданной точке для открытия), и появится снаряд, раскручивающийся до скорости.

Также это устройство будет издавать ужасающе устрашающий звук, слышимый во всех частях корабля.

Ну, ты заставил меня поискать слово, так что ты молодец. Мне не часто приходится это делать. Моя единственная проблема заключается в том, что на этих скоростях это будет делать ужасные вещи как со снарядом, так и с гусеницей, если вы сделаете что-нибудь, кроме магнитной левитации снаряда в центре ствола с жестким вакуумом, что, вероятно, сведет на нет прохладный шум. Кроме этого, это хорошая альтернатива драйверу линейной массы, так что +1.
Кроме того, было бы действительно здорово, если бы вы могли найти уравнение, связывающее радиус кольца, максимальную скорость истечения и любой другой важный фактор (возможно, максимальную силу электромагнитов и/или прочность конструкции, я не уверен), но это было бы бонусом, а не требованием.
@Gryphon: Поиск слова - очень хорошо. Используйте его часто. Что касается шума, вы правы, и это позор. По математике: я опозорюсь. Но все, кто заинтересован в том, чтобы добавить сюда какие-то цифры, пожалуйста.
Re: математика, я посмотрю, смогу ли я найти что-нибудь для редактирования. Я не такой умный, но Google.
Кроме того, re: word: не будет ли большой круг вокруг корабля иметь противоположный вид изображений? Я не уверен, что это действительно улучшение.

Есть три вещи, о которых я могу думать, которые остановят линейное масштабирование вашей конструкции драйвера массы.

  1. Вам нужно, чтобы ваша конструкция поддерживала какой-то минимальный уровень жесткости, а не сгибалась и сгибалась при каждом выстреле. Поскольку я не инженер-строитель, я на самом деле не могу сказать вам, какие ограничения по количеству материалов вы можете достичь, но в какой-то момент ваши материалы просто не будут соответствовать работе.

  2. Неэффективность. Некоторая часть энергии вашего привода массы будет в конечном итоге нагревать ковш, а не толкать его. Если вы закачиваете эту энергию быстрее, чем ведро может ее излучать, в конечном итоге все это со взрывом испарится. Сегодня ты не достигнешь Альфы Центавра. Если вы не используете сверхпроводники, вы также обнаружите, что потери в ваших больших линиях электропередач также будут проблемой.

  3. Переключение питания. В койлгане вам нужно иметь возможность отключить катушку как можно скорее, как только ковш привода пройдет, иначе это просто вызовет сопротивление и замедлит все. Чем быстрее движется ваше ведро, тем труднее включать и выключать его достаточно быстро. Кажется, я припоминаю, что читал что-то о сверхпроводящих приводных катушках, которые можно сварить с помощью лазера, чтобы погасить их как можно быстрее, но я чувствую ограничения срока службы и проблемы с временем цикла!

Однако есть и другие способы улучшить драйвер массы... рассмотрите возможность использования сверхпроводящих ведер вместо ферромагнитных, потому что вы не столкнетесь с проблемами магнитного насыщения при ничтожных Тесла или двух, а вместо этого можете использовать десятки или даже несколько сотен. магнитных полей Тесла. Вы также выжмете из системы несколько дополнительных процентов эффективности.

(в пределе вам может оказаться проще просто ионизировать вашу реакционную массу электронными лучами и разогнать облако плазмы сзади. Это также работает с любым топливом и может оказаться проще в изготовлении!)

Проблема в том, что ваш гигантский, сложный в сборке и трудноуправляемый массовый привод по-прежнему обеспечивает лишь ничтожные 10000 с. я с п . Это медленная лодка к облаку Оорта, не говоря уже о посещении другой звезды.

Предполагая скорость истечения 100 км/с и довольно оптимистичное соотношение масс 1000:1, вы получаете Δ в 690км/с. Если вы сорвете все это на ускорении и воспользуетесь другими средствами для остановки, вам понадобится почти две тысячи лет , чтобы добраться до Альфы Центавра. Готов поспорить на десять баксов, что за это время кто-нибудь изобретет привод получше. Если вам повезет, они могут забрать вас по пути.

Послание должно звучать так: «Не используйте массовые драйверы для звездолетов». Или посещение внешней Солнечной системы, если уж на то пошло. Оставьте их шахтерам астероидов 1950-х годов.

Масштабирование внутренних драйверов массы?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v