Точно ли изображены сцены сверхсветовых путешествий в дальний космос с горящими двигателями?

Я видел много научно-фантастических сцен, в которых корабль совершает путешествие в глубокий космос. Когда корабль проходит точку обзора, мы можем видеть, как двигатели горят на субсветовых скоростях (совсем недавно в «Пространстве»).

Почему двигатели должны гореть после достижения заданной скорости?

Есть ли сопротивление в космическом вакууме, которое замедляет скорость, или подразумевается, что корабль находится в постоянном ускорении? Разве траектория не будет продолжаться с той же скоростью и направлением без помощи двигателя?

Пока люди здесь могут ответить, возможно, вам следует спросить об этом в Physics.SE.
Вы хотите знать причины, чтобы объяснить, почему это может иметь место (я могу вспомнить пару), или просто убедиться, что вы правы, что так быть не должно? Дело в том, что вы легко можете придумать причины горения двигателей, а вы спрашиваете о фантастике вообще - без конкретного примера вы не можете сказать, что это неправильно.
@Raditz_35, так как он упоминает телешоу The Expanse , это больше о том, что делают сценаристы, а не о реальной науке.
@RonJohn Это лучше подходит для фильмов или научной фантастики, чем если речь идет конкретно об одном шоу. Но в настоящее время я не понимаю, как он спрашивает исключительно о просторах
@Raditz_35 хорошее замечание о том, что ты ОТ.
Вспомните первый закон Ньютона: движущийся объект остается в движении, пока на него не подействует другая сила. Да, во Вселенной есть пыль, которая может вызвать сопротивление, но она ничтожна и не имеет значения (если темная материя существует, то она может быть чем-то большим, чем ничтожным, но все же в значительной степени неуместным). Конечно, у вас есть все, от туманности до полей астероидов, которые могут вызвать сопротивление. Но в космосе почти ничего. Сок это и побережье (почти) навсегда.
Сила равна массе, умноженной на ускорение, поэтому ваш двигатель должен сжигать топливо, чтобы набирать скорость (ускорение). Ваша масса уменьшится, потому что вы превращаете топливо в тепло и другие вещи. Ваша скорость постоянна, если на нее не действуют внешние силы, такие как гравитационное притяжение массивного объекта, такого как звезда смерти и т. д.
см. Deep Space 1 для реального примера. Двигатель работал 670 дней.
@nzaman На самом деле это может быть в физике, космических исследованиях, здесь (потому что это обычная тема для построения мира) или, может быть, даже в научной фантастике. Любое из этих мест могло бы ответить на него и получить пользу от его просмотра там, поэтому я не думаю, что это проблема, чтобы оставить его.
Рассматривая «Пространство» , в частности, стоит иметь в виду, что «Росинант» — это не только военный корабль, но и класс кораблей, для которых целью дизайна является высокая дельта-V. В книгах мы видим или слышим о довольно многих кораблях, которые совершают большую часть своих путешествий по траекториям свободного падения.

Ответы (5)

Пока вы не достигнете релятивистских скоростей, то, сколько вы сожжете, ограничено только топливом. Пространство является хорошим примером. У них ручные сверхвысокие двигатели Isp. Поскольку нет веских причин для экономии топлива, самый быстрый способ добраться из одного места в другое — это разогнаться до половины пути (более или менее), а затем перевернуться для замедления на всем пути до места назначения. Если есть необходимость в экономии топлива, разбейте его на отдельные участки сжигания и остановитесь в промежутке между ними. В The Expanse это удобно, потому что они могут двигаться с ускорением в 1g и использовать двигатели для создания искусственной гравитации. Им приходится иметь дело с невесомостью только во время маневра флипа или при стыковке.

Если вас волнуют релятивистские скорости, вы, вероятно, не хотите, чтобы они продолжали гореть выше 0,7 или 0,8с. Посмотрите на этот классный график . Примерно в этот момент большее ускорение начинает усиливать эффект замедления времени, и вы проигрываете в том, что на самом деле куда-то едете быстрее. Можно продолжать гореть, если скорость критична, но ваши потери в расходе топлива начнут сожрать вас заживо. Таким образом, длительное горение и движение по инерции на низких релятивистских скоростях было бы правильным выбором, если вы занимаетесь научной фантастикой далекого будущего.

В серии книг Expanse поддержание искусственной гравитации является одной из основных причин, по которой корабли постоянно горят: дело не только в том, чтобы быстро добраться до места. На самом деле есть более одного случая, когда они летают на своих кораблях по большому старому кругу, просто чтобы поддерживать гравитацию.
Это потрясающий ответ.
Расход топлива съел бы вас заживо, только если бы вы заботились о реальном увеличении скорости в галактической системе отсчета. Если причина, по которой вы ускоряетесь, состоит в том, чтобы поддерживать 1 г в локальной системе отсчета, может иметь смысл оставить двигатели включенными, даже если это незначительно повлияет на вашу галактическую скорость системы отсчета.
@RM Это хороший момент! Я не думал о гонке на McGuffin.
Обратите внимание, что релятивистское замедление времени применимо только к внешним наблюдателям. Людям на корабле будет казаться, что они доберутся туда быстрее.
«сколько вы сжигаете, зависит только от топлива». На самом деле, для ракет реактивная масса является большим ограничением, чем топливо.
«Примерно в этот момент большее ускорение начинает усиливать эффект замедления времени, и вы проигрываете в том, что на самом деле куда-то двигаетесь быстрее». Я не уверен, что это правда: во-первых, важна скорость; для другого, даже если вы испытываете замедление времени, это просто означает, что вам кажется, что путешествие занимает меньше времени. На самом деле это не замедляет вас.
С другой стороны, вам нужно хорошее замедление времени для длительных космических полетов, поскольку это сокращает другие расходные материалы.
@jamesqf: с вашей точки зрения, не только быстрее, но и с меньшим расходом топлива.
@MParm Вы должны добавить немного, касаясь темы перетаскивания в космосе, это единственная часть исходного вопроса, которую вы пропустили.
@Накопление Реакционная масса - это топливо...
@immibis Топливо используется в качестве реакционной массы, но есть разница. Использование топлива со стократной плотностью энергии будет означать, что у вас будет в 100 раз больше топлива, но та же реакционная масса.

Небольшие двигатели с постоянным высоким ISP - отличный способ путешествовать.

Если ваши двигатели имеют больше мощности, чем вам нужно, чтобы добраться до места назначения за нужное время, а реакция ISP на уровень мощности одинакова, короткое сильное горение с последующим движением накатом будет немного более экономичным, чем длительное слабое горение.

С другой стороны, если КПД двигателя снижается по мере того, как его выходная мощность увеличивается на сколько-нибудь приличную величину, длительное медленное горение останется более эффективным, чем быстрое короткое горение.

Нынешние космические ракеты обеспечивают быстрое короткое горение, потому что наша технология на самом деле не дает нам хороших вариантов медленного эффективного горения. Это начинает меняться с нашей технологией ионного двигателя.

Корабль с высокоэффективными маломощными двигателями и маломощными двигателями с низким КПД хотел бы постоянно сжигать маломощные двигатели, чтобы быстро добраться куда-то.

Корабль, у которого тяга двигателей превышает 1 г, будет стремиться постоянно гореть, а не гореть сильнее только для комфорта пассажиров.

Расстояние, которое вы преодолеваете, является интегралом вашей скорости. Длинные горки — это склоны, быстрые горки — это более крутые склоны, а движение по инерции — это линия. Основываясь на кривой зависимости скорости записи от эффективности, вы можете определить, насколько быстро или медленно вы хотите работать для заданного профиля расстояния.

Теоретически на это также влияют орбиты и движение вашей цели; с орбитами часто вы хотите поместить всю свою тягу в короткое окно, основанное на геометрии орбиты (апогей, перигей или узлы переходной орбиты Гомана).

Итак, есть много причин, по которым у вас могут быть кратковременные ожоги, и множество причин, по которым у вас могут быть длительные ожоги.

+1 за упоминание реальных ионных двигателей.
«Существующие космические ракеты работают быстро и коротко, потому что наша технология на самом деле не дает нам хороших вариантов медленного эффективного горения». Это не совсем так — более мощные ракеты гораздо более эффективны, когда вы беспокоитесь о выходе на орбиту, поэтому есть много стимулов для разработки таких ракет в первую очередь.
«короткое сильное горение с последующим движением накатом будет немного более экономичным, чем длительное слабое горение». Гораздо эффективнее , если поблизости есть массивная планета. См. Эффект Оберта.

Это не точно, как вы уже догадались.

Эти большие горелки сзади наводят на мысль о том, что корабли летят, выталкивая реактивную массу назад, чтобы получить толчок вперед. Даже имея в виду будущие технологии, вы застряли с тиранией ракетного уравнения. По сути, по мере того, как вы переходите на более высокие скорости, вам требуется все больше и больше реактивной массы для ускорения и торможения, что делает ваш корабль тяжелее, поэтому вам нужны более мощные двигатели и больше топлива, пока ваш корабль не станет одним гигантским топливным баком с двигателем и кабиной. к этому.

Учитывая это, просто не имеет смысла работать быстрее и сжигать дольше, чем вам абсолютно необходимо. Военный корабль, выполняющий миссию по перехвату на малой дальности, скорее всего, сделал бы это, но если бы он горел без остановок в течение 30 дней в глубоком космосе, ему также потребовалось бы 30 дней, чтобы погасить этот ожог, если ситуация изменится, поэтому чем быстрее он шел, тем больше это было бы заперто в один курс.

Полет назад

Предполагая, что технологии будущего каким-то образом откроют для кораблей способ иметь/получать неограниченное количество топлива/реактивной массы (может быть, перекачивая его из альтернативного измерения в полете?), они все равно будут действовать совершенно иначе, чем это показано в фильмах.

Любой корабль, приближающийся к планете или другому неускоряющемуся объекту, сначала летит (и горит) нормально, но затем на полпути разворачивается, направляет двигатели вперед и замедляется. Для ускоряющейся цели, такой как другой корабль, цель будет состоять в том, чтобы соответствовать скоростям или в бою хотя бы замедлиться настолько, чтобы находиться в пределах досягаемости цели более 1-2 секунд. Это означает сжигание ретро, ​​влево, вправо, вверх, вниз, практически любым способом, кроме как вперед, пока вы не окажетесь позади них.

Установка нескольких комплектов двигателей в разных направлениях просто сделает корабль тяжелее и медленнее, поэтому главные двигатели всегда будут в одном направлении с небольшими дополнениями для быстрых и непредсказуемых движений.

фильмы бы отстой

Конечно, орбитальные маневры и особенности навигации в дальнем космосе настолько чужды среднему кинозрителю, что зрелищность важнее реализма, даже если создатели знают, как это должно выглядеть. Чувство, к которому стремятся фильмы, часто - это истребители времен Второй мировой войны. бомбардировщиков и линкоров. Это знакомо, там много действий и все в пределах легкой досягаемости, так что космические корабли в фильмах выглядят и двигаются так.

Вам не нужно неограниченное количество топлива, дополнительное топливо должно быть только дешевле, чем выгода от сжигания двигателей стоит тому, кто за него платит. Может звучать как придирка, но это меняет характер с «очень неразумного» на «ситуативно точного».
Дело не столько в стоимости топлива (собственно реактивной массы), сколько в лишней массе, которая нужна для разгона и торможения, что опять же стоит больше топлива и т.д. Если конечно безреактивная тяга не вещь, то и не надо эти большие горелки сзади в любом случае.
Ваше редактирование в основном описывает, как это работает в The Expanse.
Да, мне нравится этот сериал, и там они становятся намного ближе к реалистичности, хотя бои каждый раз становятся удобно короткими благодаря скрытности и внезапности. Первый большой бой в основном считается оконченным после того, как они выпустят кучу торпед на дальней дистанции, но потом случаются спойлеры...
Вам не нужно высасывать реакционную массу из другого измерения: вокруг плавает водород. См. ПВРД Bussard.
Я помню из другого поста здесь, что было показано, что на самом деле они не приносят никакой чистой выгоды.

При движении на большие расстояния вся энергия, отдаваемая двигателям, в равной степени влияет на кажущееся время в пути.

Небольшой толчок в течение длительного времени, а не большой толчок и движение по инерции в течение длительного времени, является разумным инженерным компромиссом, поскольку наши нынешние наиболее экономичные двигатели хорошо обеспечивают небольшую тягу в течение длительного времени. Если у вас есть (неразумная) энергия, необходимая для разгона корабля до долей с, поддержание людей в комфорте с устойчивым ускорением, вероятно, является лучшим выбором, чем разбивать их при запуске, а затем позволять им плавать. Кроме того, для продолжительного (относительно) легкого горения требуется меньше энергии (двигатели меньшего размера), чем для короткого тяжелого горения.

Если у корабля есть мощность на протяжении всего полета (температура выше 3 К, свет), вы, вероятно, можете позволить себе дать немного на двигатели.

Существует межзвездная масса, которая в конечном итоге замедлит вас; что-то вроде 10 − 7 г на м 2 поперечного сечения на световой год, но на самом деле этого недостаточно, чтобы беспокоиться.

Почему двигатели должны гореть после достижения заданной скорости?

Потому что сценаристы:

  1. не очень образованы в науке, и
  2. предположим, что кинозрители глупы.

Разве траектория не будет продолжаться с той же скоростью и направлением без помощи двигателя?

Правильный. Но фильмы не имеют отношения к реальности.

Неверно в случае Expanse, где постоянное горение обеспечивает 1 г и делает путешествие короче, чем короткое горение, пассивный режим полета.
@Mołot В этом случае « целевая скорость не достигнута », поскольку вы находитесь в постоянном ускорении. (ISTM большая часть вашей массы будет топливом. Звучит не очень эффективно.)
это конкретное шоу прямо упоминается в вопросе, а в шоу (второй сезон) прямо объясняется, что они решили проблему эффективности. Handwavium, да, но они указали на него и в значительной степени сказали: «Это то, что мы размахиваем руками».
Да, это требует некоторого размахивания руками, чтобы сделать двигатель достаточно эффективным, чтобы это было возможно для такого уровня ускорения, но для научной фантастики это довольно реалистично. Этот принцип не только возможен, но и используется в современных космических кораблях в виде ионных двигателей, таких как тот, который использовался в миссии Dawn. «Рассвет» намного меньше любого корабля в Пространстве и разгоняется до 90 мН вместо ~1 g, но благодаря тому, что его двигатели работают сотни дней, он смог посетить Цереру и Весту.
@ Ник, я тоже думал об этих ионных двигателях с малой тягой, поэтому я не упомянул их. Кроме того, они не «горят».
Точно ли изображены сцены сверхсветовых путешествий в дальний космос с горящими двигателями?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v