Как стать автором
Обновить
4
0

Физик-числомоделист

Отправить сообщение
Вообще то, кроме экзотермической реакции
Li-6 + n -> He + T
есть эндотермическая реакция
Li-7 + n -> He + T + n
идущая под действием быстрых нейтронов. В сумме эти две реакции обеспечивают расширенное воспроизводство трития.

В свое время термоядерный заряд Castle Bravo рванул втрое сильнее расчетного, став самым мощным американским термоядерным зарядом в истории, как раз благодаря второй реакции (которую в предварительных расчетах не учитывали).
> учитывая, какая большая разница была в замедлении времени между планетой у черной дыры и космической станцией, от которой отстыковался челнок, получается, что он еще и смог издалека перейти на очень низкую орбиту вокруг черной дыры и вернуться обратно

Это разясняется в самом фильме — они сделали гравитационный маневр у нейтронной звезды, обращающейся вокруг черной дыры. Там есть сцена, где главный герой этот маневр обсуждает.

Конечно, в реальности гравитационный маневр у нейтронной звезды с для изменения скорости, соизмеримого со скоростью света, потребовал бы настолько близкого сближения с НЗ, что корабль бы разорвало приливными силами. Кип Торн предлагал режиссеру вместо НЗ делать гравитационный маневр у черных дыр промежуточной массы (с массами около 10000 солнечных), обращающихся вокруг главной ЧД. Приливные силы вблизи горизонта ЧД промежуточной массы малы, так что корабль пережил бы такое сближение. Но Нолан решил, что зритель запутается во всех этих многочисленных дырах.

Но и с нейтронной звездой такое изменение орбиты возможно, если делать у нее не один маневр, а несколько десятков, не подходя к ней близко во избежание разрыва приливными силами. Приблизительно так сейчас зонд «Паркер» переходит на орбиты со все более низким перигелием, выполняя в афелии гравитационные маневры у Венеры.

> корабль «упал с орбиты» в черную дыру — такого не бывает, орбита есть орбита

Как раз с черной дырой бывает. Есть такое понятие — последняя стабильная орбита ЧД. Внутри этой орбиты ни одно тело не может находится на устойчивой круговой орбите, и падает вниз, к горизонту событий. Если внутрь последней стабильной орбиты залетел объект снаружи, с вытянутой орбиты, он может как упасть внутрь черной дыры, так и вылететь назад. И достаточно небольшого толчка, чтобы изменить орбиту, ведущую внутрь горизонта событий, на ту которая туда не ведет.

Можете почитать книгу Кипа Торна «Наука „Интерстеллара“». Из нее ясно, что многие детали, за который «Интерстеллар» критиковали, имеют научное обоснование. Даже сцена с книжными полками :)
Вот серьезная статья на тему столкновения космических аппаратов с пылинками arxiv.org/pdf/1608.05284v2.pdf

Согласно ей, при скорости v=0.2c на пути длиной 4 световых года от ударов пылинками графитовый экран потеряет на испарение слой толщиной 0.7 до 2 миллиметров (в зависимости от плотности межзвездной среды в наших окрестностях). Кварцевый экран — от 0.5 до 1.5 миллиметров.

Из Рис.16 в статье видно, что при скорости v=0.1c потери на испарение для кварцевого щита будут 0.3 мм максимум.

Иначе говоря, Иван Александрович Корзников в своих оценках ошибся аж на 4 порядка вверх. Причины этой ошибки:
1) Выбор титана в качестве материала щита в его оценках (довольно нелепый выбор, так как при столкновениях на 0.1с для материала щита важна не прочность, а удельная теплота испарения).
2) Неверное понимание физики процессов при столкновении с пылинкой и, соответственно, использование для оценок потери материала соотношения, выведенного для скоростей много меньше 0.1с.

Вывод: для близких межзвездных перелетов проблема столкновения с пылинками не очень существенна. Даже для тонких аппаратов вроде Starchip — их после окончания разгона можно просто повернуть ребром по направлению движения.
Потенциально самое ценное на Луне — это просто булыжники. Если построить на орбите Земли ротоватор Skyhook, при каждом подъеме груза с Земли ротоватор будет снижать свою орбиту. Чтобы этого не происходило, нужно балансировать грузопоток с Земли в космос грузопотоком из космоса на Землю.

Проектанты Skyhook'а (см. www.niac.usra.edu/files/studies/final_report/391Grant.pdf) предлагают возить с Луны грунт, тормозить его ротоватором и сбрасывать в океан, чтобы удерживать ротоватор на орбите.
Максимальное удельное содержание гелия-3 в лунном грунте — 1 тонна на 50 млн. тонн реголита (см. www.lampandowl.co.uk/static/uploads/2015/06/ian-crawford-paper.pdf)
Молярное содержание летучих веществ в выбросе при падении разгонного блока «Центавр» у южного полюса Луны (в процентах по отношению к содержанию водяного пара), согласно science.sciencemag.org/content/330/6003/463

H2S 16.75%
NH3 6.03%
SO2 3.19%
C2H4 3.12%
CO2 2.17%
CH3OH 1.55%
CH4 0.65%

Метана довольно мало. Причем надо учитывать, что содержание вещества в выбросе зависит не только от содержания его в грунте, но и от летучести, так что реально его там еще меньше, чем 0.65% от содержания воды.

Так что для топливного производства тут скорее внушает оптимизм наличие метилового спирта, ацетилена и аммиака (последний можно использовать для производства высококипящих окислителей).

А еще на южном полюсе Луны очень много ртути, содержание в грунте по массе всего на порядок меньше, чем воды agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2011JE003841

Но зачем ртуть может понадобиться в таких количествах — непонятно. Продолбить на Луне длинную канаву, налить туда ртути, охладить до сверхпроводящего состояния и использовать как рельс для запусков? :)
По поводу ракеты с питанием по проводу — я когда-то сочинил концепт «Трамвай Фаэтона» antihydrogen.livejournal.com/36333.html

Кратко: сверхпроводящий кабель с помощью прикрепленных к нему электротурбинных двигателей подбрасывается вверх, в верхние слои атмосферы, а по нему разгоняется космический аппарат.

(но я не особо горжусь этой… смелой идеей)
> Не применялась Ваша схема.

Она не моя, ее предлагают в качестве наиболее быстро реализуемой авторы проекта отправки зонда в гравитационный фокус Солнца (ГФС). Ниже — картинка из их презентации со оценками времен пути до цели (оранжевые линии) и времен разработки (желтые) для разных типов движителей, в годах. Chemical на картинке — это то, что излагаю я. NEP (nuclear electric propulsion) — это то, что предлагаете вы.

image

У «Паркера» столько гравиманевров, поскольку ему нужен не только низкий перигелий, но и более-менее низкий афелий. В проекте отправки зонда в ГФС предполагается единственный гравиманевр — у Юпитера. Согласно авторам проекта, масса зонда, который можно разогнать таким методом, используя только наличествующие в настоящее время ракеты-носители — 140 кг.

В отличии от «Паркера», разгоняемый зонд будет проходить перигелий всего один раз. Время пролета перигелия (считая за окончание оного уменьшение солнечной постоянной в несколько раз по сравнению с максимумом) около суток. Щит можно использовать менее толстый.

Есть более радикальный вариант — вместо щита использовать охлаждение испаряемым хладагентом (например жидким водородом), а разогретый газ использовать для разгона. Этот способ на картинке называется Solar Thermal. Оцениваемое время разработки больше, поскольку есть проблема хранения жидкого водорода в рейсе до Юпитера и обратно.
У мегаваттного реактора на сегодняшний момент имеется небольшой недостаток, затрудняющий его практические применения: его пока что не существует. А когда будет существовать — никто его для таких суперразгонов применять скорее всего не будет. Просто потому, что такие скорости реально могут понадобится только для одной цели — отправка телескопа в гравитационный фокус Солнца. То есть маленький аппарат, улетающий без возврата. Расходовать на такие цели сложный и дорогой реактор не очень практично.

А вот схема с твердотопливной ракетой уже реально применялась. В 1990г. в грузовом отсеке «шаттла» на орбиту Земли была вытащена 20тонная трехступенчатая ракета. Она разогнала 370кг аппарат «Улисс» до 15.4 км/с. Правда, это уже с учетом маневра Оберта у Земли, «сухое» dv было меньше.

Конечная скорость в маневре Оберта пропорционально корню из dv. Так что если взять dv=5 км/с, после маневра Оберта у Солнца при том же перигелии скорость будет около 40 км/с. Тоже неплохо.

В чем вы видите проблему с твердым топливом в солнечной короне — не очень понятно. Температуру +30С, как за тепловым щитом «Паркера», оно легко переживет. Деградировать от радиации за время пролета перигелия не успеет.
Даже без всякой фантастики вроде дозаправки, такие близкие сближения с Солнцем дают возможность разгонять космический корабль до скоростей, недосягаемых другими существующими методами, с помощью так называемого маневра Оберта

Если бы на «Паркере» имелись твердотопливные двигатели, способные увеличить его скорость на, скажем, 10 км/с, после включения их в перигелии его орбиты (9 радиусов Солнца) его скорость после удаления от Солнца на бесконечное расстояние составила бы около 60 км/с.
Там керамика на основе оксида алюминия.
Предлагаю такую модификацию сюжета:

Экспедиция на Луну высаживается в вечно затененном кратере около лунного южного полюса. Температура в этом кратере не поднималась выше 50 кельвинов в течении сотен миллионов лет (такие есть). Там они находят камень с Земли, выброшенный в космос при падении Чиксулубского метеорита (такие должны быть). Камень оказывается осколком кости, в котором благодаря низкой температуре до наших дней сохранилась ДНК динозавра…
Не очень понимаю, где вы тут видите проблему. Энергия, нужная для полного разрушения Луны, заметно меньше энергии, которая нужна для превращения ее в облако гравитационно связанных обломков. В качестве иллюстрации: чтобы поднять предмет с поверхности Луны на высоту одного лунного радиуса (т.е. удвоения расстояния до центра Луны), нужно вдвое меньше энергии, чем для того, чтобы отправить его на бесконечность.
Скорость убегания зависит не только от массы, вообще-то. 2.4км/с — это скорость убегания с поверхности(!) Луны. Если мы распределим массу Луны по объему шара с вчетверо большим радиусом, скорость убегания с поверхности этого шара будет 1.2 км/с. А скорость орбитального обращения на орбите на поверхности этого шара — около 0.8 км/с.
Нетрудно подсчитать, что чтобы создать поток энергии, равный потоку от Солнца, нужно, чтобы в секунду на Землю падало 2.7 миллиона тонн камней (со второй космической скоростью 11 км/с). Предполагая поток камней постоянным, получаем, что за 5000 лет на Землю выпадет около 1/200 массы Луны. Вполне реалистично для описываемой ситуации. Полагаю, что с остальными числами у Нила тоже все в порядке.

Хотя представления об инженерных проблемах у него смешные, это да. Команда космического корабля, состоящая из четырех электронщиков, не может починить радиопередатчик дальней связи, и не находит ничего лучшего, чем использовать искровик. При этом у них на борту несколько миллионов функционирующих радиоуправляемых роботов…
Да, может. По такому механизму, например, звезды из шаровых скоплений «испаряются» — три звезды сближаются, две образуют тесную систему, выделившаяся энергия передается третьей, которая приобретает большую скорость.
Дык, вторая космическая скорость для старта с поверхности Луны для данной задачи совершенно неактуальна. Вириальная теорема говорит, что средняя кинетическая энергия тела в системе тел, удерживаемых гравитационным полем, равна половине средней потенциальной. Так что скорости убегания из системы всегда порядка скорости обращения.
В «Задаче трех тел» ошибка уже в названии. То что Лю Цисинь описывает — это система четырех тел! Это называется ограниченная задача четырех тел — планета пренебрежимо малой массы в поле трех звезд.

*Спойлер*

Ну а то что он поместил Трисолярье в систему Альфа-Проксима Центавра — в никакие ворота не лезет. Это иерархическая система, никаких близких сближений звезд там быть не может. Динамический хаос с строгом смысле (то есть непредсказуемость конкретных положений звезд на их орбитах на больших промежутках времени) там может и есть, но сами орбиты звезд почти не меняются на протяжении миллиардов лет.
Можно предположить что это обычная одиночная черная дыра массой 6 масс Солнца (судя по диаметру).

Но это противоречит другим произведениям Нивена, действие которых происходит в том же сеттинге. Образ темной холодной нейтронной звезды у него еще встречается в романе «Защитник». Там герой, удирая на досветовом звездолете от флота враждебных инопланетян, случайно натыкается на нейтронную звезду в нескольких световых годах от Солнечной системы. И уничтожает их авангард, сбросив на поверхность НЗ гаечный ключ и устроив таким образом мощный взрыв. На ЧД гаечный ключ сбросить конечно можно, но взрыва от этого не случится (если нет аккреционного диска, конечно).

Но все эти астрофизические несообразности в принципе простительны, поскольку писал это все Нивен в 70е, когда экстремальные объекты только начали изучаться. Такой вот астрофизический ретропанк, так сказать.

Можно еще вспомнить цикл Азимова «Основание», написанный в 50х годах. Там у него столица Галактической Империи, планета Трантор, находится натурально в самом центре Галактики. Просто в 50х считалось, что в центре галактики ничего особенного нет, просто много звезд. В написанных гораздо позднее продолжениях (плохих) Азимову пришлось пояснять, что Трантор все таки не совсем в центре и довольно далеко от центральногалактической ЧД…
Тоже пожалуюсь на сюжетообразующую ошибку в НФ.

Есть такой неплохой роман Аластера Рейнольдса «Город бездны» (2001г). Одна из линий сюжета там — несколько одинаковых звездолетов наперегонки летят к некоей звездной системе, имеющей удобную для колонизации планету. Первый высадившийся на планету снимает все сливки.

Звездолеты имеют аннигиляционные двигатели на антилитии и, по условиям задачи, двигатели не могут быть выключены до полного исчерпания топлива в баке, иначе двигатель взорвется. У звездолета два бака, и первый был опустошен при разгоне. Количество антилития во втором баке строго рассчитано на торможение.

*внимание, ниже небольшие спойлеры*

Хитрый капитан одного из кораблей сбрасывает с корабля все лишнее и не совсем лишнее, максимально облегчает корабль, так что при фиксированной тяге двигателя корабль имеет возможность тормозить с большим ускорением. Так что капитан имеет возможность включить двигатели позднее чем конкуренты, подольше пролететь с максимальной скоростью, и таким образом обойти конкурентов.

У вот тут то и скрывается баг, причем даже не в физике, а в банальной кинематике. Автор (что забавно, он астрофизик и работал в Европейском Космическом Агентстве) не сообразил, что если увеличилось ускорение, то увеличится и определенный интеграл от ускорения! Как мы помним из условий задачи, количество топлива строго рассчитано из условия, что корабль заданной массы изменит свою скорость на заданную величину. Выключить двигатель нельзя. То есть, облегченный корабль затормозиться до нулевой скорости… и начнет разгонятся в противоположном направлении.

Впрочем, эту ошибку можно пофиксить двумя способами. Тупой и неэффективный способ — корабль по прибытии начинает нарезать круги вокруг планеты до тех пор, пока не исчерпает запасы топлива. Умный способ — корабль перед включением двигателя надо повернуть носом и к цели, так чтобы он сначала начал разгоняться. А уже потом, исчерпав половину лишнего топлива, развернуться хвостом вперед и начать тормозиться.
1

Информация

В рейтинге
Не участвует
Откуда
Саратов, Саратовская обл., Россия
Зарегистрирован
Активность