466

Двигатель Бассарда | [Невозможные изобретения]

Двигатель Бассарда | [Невозможные изобретения] Ракетный двигатель, Межзвездные полеты, Космос, Вселенная, Будущее, Технологии, Видео, Длиннопост

В 1960 году американский физик Роберт Бассард придумал оригинальную идею. Для осуществления межзвездных путешествий он предложил использовать специальный прямоточный термоядерный двигатель.


В основе его концепции лежит захват вещества (водорода и пыли) из межзвёздной среды, идущим на высокой скорости космическим кораблём и использование этого вещества в качестве рабочего тела (либо непосредственно топлива) в термоядерном ракетном двигателе корабля.


Первоначально проект Бассарда предусматривал механический захват атомов водорода космическим кораблем в процессе его движения. Однако расчеты показали, что для достижения «идеального» ускорения в 1g в типичных областях межзвездного пространства, где содержание атомов водорода на единицу объема крайне мало, 1000-тонному космическому кораблю потребуется фронтальная зона сбора вещества просто огромной площади.


Даже если предположить, что технологии будущего позволят построить подобный сборщик водорода, его масса будет просто колоссальна Например, конструкция площадью 10 000 квадратных километров, изготовленная из майлара, и имеющая толщину 0,1 сантиметра, будет весить около 250 000 тонн.


Одним из способов решения этой проблемы является ионизация водорода перед космическим кораблем с помощью мощного лазера. Ионы водорода, имеющие электрический заряд (то есть, по сути, протоны) смогут втягиваться относительно небольшим коллектором Бассарда, который генерирует мощное магнитное поле. Тогда процесс «сбора урожая» будет иметь электромагнитную природу, а не механическую.

Поэтому сборщик не обязательно должен быть твердым. Можно использовать и сетку. И она не должна быть нереально большой. Поскольку магнитное поле может иметь конфигурацию, превышающую по размеру физические размеры сборщика материи.


Зачем?

Двигатель Бассарда обещает релятивистские скорости на всем протяжении маршрута, позволяя человечеству достичь ближайшей звездной системы менее чем за 4 года и ближайшей галактики менее чем за 30 лет. И все это при отсутствии бортового топлива.


Необходимость нести топливо останавливает нашу способность исследовать глубокий космос. Сегодня чтобы осуществить межзвездный полет, космическому кораблю, использующему химические ракеты, нужен топливный бак, больший, чем вся наблюдаемая вселенная. Химические ракеты никогда не выведут нас за пределы Солнечной системы. Именно это делает реактивный двигатель Бассарда таким революционным.


Как?

В основе прямоточного двигателя лежит слияние. Электромагнитные поля будут собирать водород, который затем попадет в термоядерный реактор и обеспечит энергию для мощной выхлопной струи. Неиспользованный водород также выбрасывается в выхлоп. Эта термоядерная реакция продвигает корабль вперед на невероятных скоростях, при этом собирая больше водорода из межзвездной среды, и избавляя от необходимости останавливаться по пути для дозаправки.


Бассард стремился к ускорению в 1g, чтобы люди на борту космического корабля могли испытывать гравитацию, подобную земной. Такое ускорение, безопасное для путешествий людей, но все же достаточно быстрое, чтобы достичь краев Галактики Андромеды всего за 30 лет.


Но для ускорения в 1g требует много водорода. Межзвездная среда имеет среднюю плотность около 1 атома водорода на кубический сантиметр, что делает ее чрезвычайно диффузной. Некоторые области Вселенной, такие как туманности, более концентрированы, чем другие. Ускорение 1g в средней межзвездной среде потребовало бы лобовой площади сбора водорода в 10 000 квадратных километров.


Осуществимость

Однако, колоссальным преимуществам сопутствуют серьезные и уникальные проблемы, которые нужно преодолеть.


Так как необходимо перемещаться очень быстро, чтобы собирать достаточное количество водорода, изначально требуется разогнаться до критической скорости, которая составляет около 6% от скорости света.


Это означает, что, хотя для двигателя Бассарда, возможно, не понадобится бортовое топливо во время путешествия, ему понадобится некоторое количество топлива в начале пути. Когда корабль движется, возникает проблема с питанием магнитных полей и лазеров, необходимых для ионизации и сбора водорода.


Термоядерный реактор корабля, по идее Бассарда, должен быть реализован на протон-протонном синтезе – это та же цепная реакция синтеза, которая происходит внутри звезд.

Некоторые исследователи сочли этот подход неэффективным. Так в 1974 году Алан Бонд предложил использовать входящий водород для синтеза с литием-6 или бором-11. Это слияние не только легче, но и приведет к высвобождению большей энергии. Водород будет взаимодействовать с бортовым топливом и придаст кораблю больше ускорения в этой модификации двигателя Бассарда.


Другой подход к слиянию был предложен физиком Дэниелом Уитмиром в 1970-х годах. По его мнению еще более эффективно использование каталитической цепочки ядерных реакций, так называемого цикла CNO, вместо протон-протонного горения, предложенного Бассардом.

Цикл CNO происходит в звездах, более массивных, чем Солнце, и на 9 порядков быстрее, чем протон-протонный синтез. Однако цикл CNO реализуется при температуре и плотности, которые мы пока не можем достичь с помощью наших технологий.


За прошедшие годы появилось не только много модификаций двигателя Бассарда, но сопутствующих изобретений.


Так, например, расчеты, выполненные физиком Робертом Зубриным и его коллегами, для решения проблемы торможения корабля встречным потоком водорода, вдохновили на идею создания магнитного парашюта или паруса. Это может быть важным для межзвездных путешествий будущего, потому что это означает, что замедление в пункте назначения станет возможно выполнить с магнитным парашютом, а не с ракетой.


А совсем недавно астрофизик Мэтью Каплан из Университета штата Иллинойс предложил тип звездной машины, в которой совместное использование двигателя Бассарда и Сферы Дайсона, позволило бы сделать всю нашу Солнечную систему гигантским космическим кораблем. Каплан описал как с помощью его изобретения можно целенаправленно перемещать Солнце, а, следовательно, и все гравитационно связанные с центральной звездой планеты.


Сама идея использования попутной среды для перемещения космического корабля мысленно возвращает нас во времена первых мореплавателей, которые использовали только море и ветер для движения вперед. Но пока для нас концепция двигателя Бассарда выглядит почти такой же далекой и нереализуемой, какой во времена первых морских путешествий могла показаться идея космических полетов в принципе.

Дубликаты не найдены

+21

"Однако цикл CNO реализуется при температуре и плотности, которые мы пока не можем достичь с помощью наших технологий." Можно подумать, что остальные термоядерные циклы наши технологии контролируют за нефиг.

На самом деле, на данный момент мы не можем контролировать на протяжении достотчного времени, ни один термоядерные цикл с позитивным энергобаллансом

раскрыть ветку 18
+2

CNO ещё проблема: как сделать чтобы в реактивную струю водород/гелий уходил, а C N O нет. Иначе нужно будет держать запас CNO, что убивает всю идею, проще брать с собой гелий-3 и тритий.


---

А вот это вообще здорово:

"Термоядерный реактор корабля, по идее Бассарда, должен быть реализован на протон-протонном синтезе – это та же цепная реакция синтеза, которая происходит внутри звезд. Некоторые исследователи сочли этот подход неэффективным."


Не то слово неэффективным. Несмотря на невероятное давление и достаточно высокую температуру внутри Солнца, тепловыделение 0.1вт с тонны. Пердячий газ эффективнее жечь.

раскрыть ветку 2
+1

"Несмотря на невероятное давление и достаточно высокую температуру внутри Солнца, тепловыделение 0.1вт с тонны."  на протяжении 12 млрд лет. Не забывай об этом.

раскрыть ветку 1
+1

На самом деле, на данный момент мы не можем контролировать на протяжении достотчного времени, ни один термоядерные цикл с позитивным энергобаллансом

Мы к успеху идём https://en.wikipedia.org/wiki/ITER

раскрыть ветку 3
+1

Мы к успеху идём уже лет 60. И на протяжении всех этих лет нам все говорят что осталось лет 20.

раскрыть ветку 2
0

а еще никто не говорит куда девать тепло. Это не Земля где можно обдувать воздухом и он все унесет

раскрыть ветку 1
0

Тепло - есть ни что иное, как движение частиц. Если частицы будут улетать - то и тепло с ними.

-4

Можно подумать, что остальные термоядерные циклы наши технологии контролируют за нефиг.

а этого и не нужно.

я так полагаю это импульсный двигатель, который работает по принципу: взорвем водородную бомбу в хвосте, получим ускорения полетим дальше собирать топливо.

раскрыть ветку 8
+6
В этом случае будет тяжело поддерживать 1g постоянно.
раскрыть ветку 3
0

Очень маленькую водородную бомбу, прошу заметить. А как и чем мы её взорвем, можно полюбопытствовать?

А взрывать нужно очень многораз

раскрыть ветку 3
+10

У Андерсена в "Тау Ноль" описан корабль на прямоточном двигателе Бассарда. Прекрасная книга, очень рекомендую. На момент написания, кстати, книга была почти твердой научной фантастикой, не нарушавшей известные тогда законы физики и представления о Вселенной.

+69
достичь ближайшей звездной системы менее чем за 4 года и ближайшей галактики менее чем за 30 лет

Эйнштейн в гробу перевернулся.

Химические ракеты никогда не выведут нас за пределы Солнечной системы.

Вояджер 2? Не, не слышал.


Короче, кто опять оставил гуманитария без присмотра?

раскрыть ветку 86
+55
Эйнштейн в гробу перевернулся.
Не перевернулся. Все верно. Чисто теоретически.  Стоит только внести уточнение, что это корабельное время.
раскрыть ветку 58
+15

Нет, это тоже не правильно.


Корабль изначально имеет ~0 км/ч. Полет кораблю будет состоять из 3 фаз:

- разгон T1

- полет без ускорения (опционально), T0

- торможение T2


Если взять конкретный полет. Когда важно еще и затормозить вовремя.


Если разгоняться 1g до 0.95c, а потом сразу тормозить при полете к Альфа-Центавра (4.3 световых лет), то пройдет примерно 12 лет, а по часам на корабле пройдёт 7,3 года. Опять не укладываемся.

раскрыть ветку 14
+2
Исполать вам. Я бы поленился стольким людям это все разжёвывать.
+1
Ну и нахуй оно сдалось в корабельном времени? На земле к тому времени люди уже 300 раз вымрут
раскрыть ветку 22
0
Вы там, что учебник астрономии курите, какая такая теория, ближайшая галактика в 25 тысячах световых лет. Чисто теоретически ему 30 тыщ лет лететь.
раскрыть ветку 16
0

Чисто теоритически умнож время полёта на два + 1 год на предварительный разгон до четверти с.с (по локальному времени) иначе этот керогаз не запустится( так-как прямоточка однако), по времени полёта всё просто 4 года 1g и 4 года -1g иначе улетите не к Центавру а дальше, гораздо дальше . Я бы добавил бы ещё годик (всего 10 лет на полет получается) на корекции курса и маневрирование при уклонении от опасностей (кометы или слишком плотные газопылевые облака) на таких скоростях резко свернуть не получится иначе фарш на переборках. И да за счёт чего вы тормозить будете? Маршевый движок то прямоточный, где топливо для него брать при торможении?

раскрыть ветку 1
+1

Ну Вояджер таки за пределы системы не вышел, и хуй там выйдет. Орбиту Плутона преодолел, да.

По первому пункту вопросов нет.

раскрыть ветку 13
+9

Было признано, что «Вояджер-1» преодолел границу гелиосферы около 25 августа 2012 года.

ещё комментарии
+3

он уже набрал третью космическую. выйдет, только вопрос времени.

раскрыть ветку 1
+1
А что Вояджер? У него только маневровые двигатели остались,а так он летит за счёт инерции уже хер знает сколько
-8

То что они достигли пределов Солнечной системы, это не означает вывести за ее пределы. Вывести за ее пределы - достигнуть других систем, в особенности пригодных для жизни.

раскрыть ветку 11
+1

он уже набрал достаточную скорость, так что достигнуть другую звездную систему только вопрос времени. разве что он во что-то въебется по пути.

раскрыть ветку 10
ещё комментарии
+8

Что бы за 30 лет долететь до соседней галактики, корабль во сколько раз должен быть быстрее скорости света? Но ведь скорость света максимальна, быстрее нельзя, разве нет?

раскрыть ветку 3
+28

Похоже, имеется ввиду время для самих пассажиров. Для тех, кто останется на Земле, корабль будет лететь черте-сколько. Билет в один конец.

+10

Он не должен быть быстрее С. При скорости сколь угодно близкой к С можно долететь куда угодно за корабельное время близкое к нулю.

раскрыть ветку 1
+2

Я подумал, что имеется в виду время для стороннего наблюдателя. Тогда все ясно)

+7

Пол Андерсон «Тау Ноль».

+2

Не смог вспомнить название книги, где человек летит на корабле с двигателем Бассарда в одиночку, с ИИ. И начинает подозревать, что ИИ хочет провести с ним времени побольше. Кувалда или молот называлась. Там впервые эту концепцию прочёл

+2

«Защитник» — научно-фантастический роман 1973 года американского писателя Ларри Нивена. Все корабли расы Пак используют двигатель Бассарда/Баззарда.


***

* ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ФИЗПОК *

1

Он сидел перед восьмифутовым кругом прозрачного носового

иллюминатора, занятый бесконечными поисками, которые уже не волновали его.

Ровно десять лет назад те же самые звезды вспыхнули красными точками при

его пробуждении. А когда он очистил передний план, они засияли адским

голубым светом, таким ярким, что можно было читать. Ближе к краям они

казались совсем одинаковыми. Только звездами, белыми точками,

разбросанными поперек черного неба. Это было одинокое небо. Огненное

великолепие родины скрылось за пылевыми облаками.

Свечение в центре не было звездой. Большое как Солнце, темное

посередине и достаточно яркое, чтобы выжечь глаза человеку. Это было пламя

реактивного двигателя Баззарда, пылающее всего в восьми милях отсюда. Из

года в год Физпок наблюдал за ним, просто чтобы убедиться, что пламя горит

ровно. Когда-то давным-давно он уловил его медленные периодические

колебания как раз вовремя, чтобы предотвратить превращение корабля в

крохотную сверхновую. Бело-голубое пламя нисколько не менялось за те

недели, что он наблюдал за ним.

***
раскрыть ветку 1
0
Шикарная книга! Там целая вселенная с миром-кольцо.
+2

Сразу вопрос к «позволяя человечеству достичь ближайшей звездной системы менее чем за 4 года».


Либо противоречит современным представления, так как до ближайшей системы 4.23 световых лет.


Либо неправильно передан исходный смысл предложением, и речь о часах экипажа.


В том же «Тау Ноль» они затратили кучу времени на разгон до релятивистских скоростей, а потом ещё должны были столько же тормозить (что как раз у них и не срослось в начале книги)


В любом случае неграмотность :( ну хоть проверяйте что пишете.

раскрыть ветку 1
+2

После фразы "30 лет до соседней галактики" любой догадается, что время корабельное.

+1

А у меня одного мысль закралась, что люди умирать вовсе не обязаны!? От старости, конечно, и имея существо, которое живет вечно (медуза, про которую уже все знают) неужели лет за 50 не повторить механизм ее омоложения, при текущей динамике развития ии и нейросетей?

+1
Одним из способов решения этой проблемы является ионизация водорода перед космическим кораблем с помощью мощного лазера. 

И тут происходит парадокс. У нас на свет появилось устройство с КПД выше 100%? Т.е. мы тратим энергию на лазер и на движение энергию для которых получаем из лазера...
Кстати да, 50% времени ускоряешься 50% тормозишь...Во всех фильмах корабли к космосе умеют "тормозить" фантазией киношников :(

раскрыть ветку 47
+6

Тепловой насос тоже больше 100% имеет КПД. Все зависит от чего отталкиваться при расчетах.

раскрыть ветку 14
0

Тепловой насос не производит никакой полезной механической работы, он просто отбирает тепло, а вся затраченная на отбор тепла энергия тоже превращается в тепло. Ну и как легко заметить после того как свободная энергия закончится тепловой насос остановится.

раскрыть ветку 13
+2
Этот момент очень хорошо отражен в сериале Экспансия (Пространство)
+2

И сжигаем при этом водород. Все норм, где ты парадокс увидел

+1
А интеркуллер в автомобиле тоже с КПД больше 100% по твоей логике?
раскрыть ветку 1
0

Интеркуллер би турбо v 12?

0

В чем проблем тормозить? Развернись в полете на 180 градусов и продолжай. В данном случае ещё пылесос нужно будет развернуть чтоб он смотрел по ходу движения

раскрыть ветку 26
+6

Развернулся и алга

раскрыть ветку 10
+2

Проблема, что ты перестанешь ускоряться и начнёшь тормозить...Гипотетические расчёты подразумевают, что ты потом такой оп и перед своей целью как на якорь встал за секунду. Грубо говоря, ускорятся ты будешь только половину путешествия, дальше скорость падает, а расстояние нет. Подлетать к цели ты будешь на первой космической т.е. "очень медленно" настолько, что вообще любые полёты в дальний космос теряют всякий смысл.


Конечно, можно тормозить об атмосферу планеты, но это добавит очень много веса кораблю, чтобы он не сгорел "наматывая круги" в плотных слоях планеты для торможения, но этот "лишний вес", дополнительные траты мощности на ускорение.

0

А угловую скорость разворота махины массой покоя в 5000 тонн (к примеру) и скоростью в 0,25с не подскажите случаем?

раскрыть ветку 12
0

И факелом весь водород сдуеш, а вообще прямоток так работать не будет

0

Лазер просто ионизирует. "намагничивает". Энергия берётся из самого водорода.

0
Такое ускорение, безопасное для путешествий людей, но все же достаточно быстрое, чтобы достичь краев Галактики Андромеды всего за 30 лет.

Туманность Андромеды находится чуть дальше, чем 30 лет. Всего на 2,52 миллиарда световых лет дальше.

И даже её окраины находятся в паре миллиардов световых лет.

раскрыть ветку 53
+14

Не миллиарда, а миллиона. Галактика М31 находится в 2,52 миллиона светолет от нас. И да, с ускорением 1g корабль долетает до неё за 28 лет по бортовому времени. Чисто теоретически.

раскрыть ветку 17
0

Моя ошибка про млн/мярд. По памяти писал.

раскрыть ветку 1
-2

"Чисто теоретически" - это любое время по корабельным часам без учета ускорения до скорости света. А "28 лет" - это случайно не расчет по формулам классической физики, где скорость движения не ограничивается скоростью света?

раскрыть ветку 14
0

Охренеть - галактика в 500млн световых лет в диаматре. Бред.

Вы сильно ошибаетесь:

1. До этой галактики порядка 2 миллионов (не миллиардов) с.л.

2. Релятивистское "сжатие" времени на борту никто не отменял

раскрыть ветку 2
0
Прежнего, земного не увидим небосклона,
Если верить россказням учённых чудаков.
Ведь когда вернёмся,
по всем своим законам,
на Земле пройдет
семьсот веков.
То-то есть смеяться отчего -
на Земле боятся нечего.
На Земле нет больше тюрем и дворцов.
На Бога уповали бедного,
Но теперь узнали нет его
ныне, присно и вовек веков.
раскрыть ветку 1
-1

Да, между 30 годами и пусть 2 миллиардами есть разница )

раскрыть ветку 31
0

Как раз "одно и тоже". На Земле пройдет "2 миллиарда" (причем миллиона на самом деле), а на борту может и вообще мгновенно (без учета времени разгона до маршевой скорости) в экстремальном приближении к скорости света.

раскрыть ветку 30