Расчет ближайшего будущего космического корабля delta V ракеты в вакууме

Уравнение ракеты прекрасно работает, будь то ракета, покидающая гравитационный колодец, или уже находящаяся в глубоком космосе. В космосе все проще, такие вещи, как гравитационное сопротивление, гораздо менее проблематичны, а аэродинамическое сопротивление отсутствует. Просто используйте уравнения, которые вы уже нашли, и вы получите то, что вам нужно.

Скажем, мы использовали аналогичный, но улучшенный движок (в 2060 году), чтобы получить 700 ISP.

Вы не можете нарушить законы физики.

Iуд химических _{двигателей} строго ограничен массой продуктов выхлопа и температурой сгорания. Последняя не может быть выше температуры плавления вашего двигателя, поэтому она достигает максимума в 3000К, более или менее. Первый ограничен химическими реакциями вашего топлива.

Одним из самых энергичных испытанных ракетных топлив была неприятная комбинация лития, водорода и фтора , которая производила ряд чрезвычайно агрессивных выхлопных газов и требовала сложных в обращении и довольно дорогих химикатов, и даже это не могло сломаться за 600 секунд. Для чего-либо более энергичного требуется метастабильное топливо , которое а) на самом деле не намного лучше, б) ужасно опасно и в) на самом деле нецелесообразно производить, хранить и использовать когда-либо.

Тогда на 700 секунд вам, скорее всего, понадобится какая-нибудь ядерная тепловая ракета .

если в начале путешествия использовать химические ракеты, насколько можно увеличить начальную скорость?

Не намного. Ваши химические ракеты дают вам большую тягу, но такой низкий удельный импульс означает, что вы не сможете использовать их долго.

Из старого доброго ракетного уравнения$\Delta_v = v_e \ln{\frac{M}{M_e}}$где$v_e$ваша скорость выхлопа... давайте возьмем неправдоподобные характеристики, о которых вы изначально просили, и таким образом получите скорость выхлопа 7 км/с.$M/M_e$это отношение масс вашего корабля... если мы дадим вашему кораблю также умеренно неправдоподобное отношение масс 100 (так что для крохотного 125-тонного корабля вы получите хорошие 12375 тонн топлива или реактивной массы, и это не займет с учетом веса разгонной ступени) получается максимум$\Delta_v$чуть более 32 км/с.

Ваш заданный профиль полета дает максимальную скорость около 23000 км / с, что составляет около 8% от C.

Ваш ракетный ускоритель сократил время полета примерно на 27 дней. Довольно маленькие бобы по сравнению с ожидаемой продолжительностью в 110 лет.

Есть куча вещей, которые вы можете сделать, чтобы улучшить свои летные характеристики, и ни одна из них не связана с химическими ракетами, что, откровенно говоря, является странным выбором, когда вы освоите все технологии, необходимые для полета людей на термоядерной ракете к другой звезде. Это все равно, что использовать лошадь, чтобы дать реактивному самолету немного ускорения, чтобы помочь ему быстрее покинуть взлетно-посадочную полосу.

Сказать, как вы могли бы или должны совершить свой полет, немного выходит за рамки этого ответа, но если вы хотите задать больше вопросов по этому вопросу, я уверен, что вы найдете множество предложений.

Извините за прямоту, но, поскольку я когда-то серьезно обдумывал эту концепцию, вы на самом деле вообще не понимаете сложности или масштабов проблем межзвездных космических полетов. Ничто в этой концепции не работает с точки зрения настоящего реализма. Крайне маловероятно, что даже хорошо продуманные конструкции кораблей поколения когда-либо будут реализованы .

Начнем с того, что ваш корабль на несколько порядков меньше, чем должен быть. Предложения по беспилотным зондам имеют массу полезной нагрузки больше, чем ваш предполагаемый космический корабль, а их сухая масса (включая все конструкционные материалы) как минимум в несколько раз больше. Добавьте топливо, и вы получите как минимум сотни тысяч тонн только для простой конструкции беспилотного зонда.

Подобная межзвездная колонизация требует, чтобы автономная среда продлилась столетие, в то время как такие проекты, как «Биосфера-2», не могли бы просуществовать даже пару лет без массового обмана посредством накачки внешнего воздуха. Вторая попытка провалилась буквально через несколько месяцев. Хотя на самом деле были проведены некоторые впечатляющие исследования, они показывают, насколько сложно на самом деле построить автономную среду обитания. Единственный способ, которым вы могли бы правдоподобно заставить межзвездные конструкции работать, — это если они могут быть сначала построены устойчиво в пределах Солнечной системы, что дает гораздо меньше причин для ухода.

С точки зрения населения вам нужно как минимум 160 человек только для того, чтобы совершить само путешествие, не говоря уже о том, чтобы колонизировать пункт назначения, когда вы туда доберетесь. Наиболее реалистичные оценки предполагают десятки тысяч человек (хотя я также замечу, что показанная здесь конструкция также не дает достаточно места для топлива).

Если вы действительно хотите что-то, что придаст вашему дизайну дополнительный импульс без каких-либо затрат, гораздо лучшим решением будет магнитный парус. Вместо того, чтобы нести все топливо, большую часть замедления можно выполнить, создав магнитное поле против межзвездной среды и используя его для замедления. Профиль миссии, как это может выглядеть, можно найти здесь .

delta-v = 9,8 x ISP x ln((сухая_масса+топливная_масса)/сухая_масса)

для обычных химических ракет соотношение сухой массы к влажной составляет около 1:20-1:25.

так что втыкаем цифры, типа 700-сек исп, и берем вполне оптимистичный 1:100 (это в космосе, через земную атмосферу не надо, как-то так)

• 700 не является нереалистичным, если мы рассмотрим некую гибридную химическую ядерную двигательную установку.

получаем 31,6 км/с - не много.

Однако у вас есть синтез, двигатель прямого синтеза или его непрямая версия. И в них хорошо то, что вы можете менять их провайдеров, что в основном эквивалентно регулированию доверия к обычной химической ракете.

Таким образом, вы можете увеличить ускорение за счет увеличения скорости «потребления» реактивной массы, а не энергии или топлива, а реактивной массы. Таким образом, какой бы эффект вы ни хотели получить, вы можете получить лучший результат с вашим термоядерным двигателем, а не с химическими ракетами.

результирующая скорость в точке переворота составляет около 24 200 км/с, поэтому плюс-минус 100 км/с в целом не будут иметь существенного значения, поэтому химическая ракета является лишь частью сюжета, но не как дополнение. дизайнерское решение, в большинстве случаев. Получите немного толчка с орбиты, твердого ускорителя 1 км / с достаточно.

Ускорение и масса

Общая масса корабля немного маловата, поэтому он на короткой стороне, может быть, считать на порядок больше, даже если это всего лишь несколько пар особей.

Вам нужно какое-то оборудование для начальной загрузки, и если у вас нет handwavium или немного более продвинутой техники, то это может занять сотню тонн или несколько самостоятельно.

Что касается скорости ускорения - это реально, но если, например, вам нужно настроить ее по какой-то причине, имея 1-2 поколения, приходящие в определенный возраст, то вы можете сделать это безопасно, так как это консервативная сторона вещей.