К ЗВЕЗДАМ, ЕСЛИ ВСЕРЬЁЗ.

[inj]

Разговор о межзвездном путешествии, как правило, начинается с применением на звездолетах как бы освоенной энергии аннигиляции, термоядерной энергии, фотонных  двигателях …бывает и по круче, на энергии пространства, эфира, кротовых норах.  Мечтать не вредно, но если попробовать оценить возможности полета на том, что испытано, известно применением.  А начать со «штурманской оценки маршрута, оценки скорости и длительности маршрута, а уже после этого выбрать возможные варианты звездолетов, остановиться на их двигательных и энергетических установках, оценить проблемы. Не будем начинать с края галактики, начнем с того что ближе.
А до ближайшей звезды, как известно, 4 св. года. Как то принято, лететь не ниже чем со скоростью света, не смотря на Эйнштейновский запрет, причем набрать эту скорость сразу, пусть это будет гиперускорение, губительное не только для всего живого, но и для самой материи, но только так и обязательно на фантастическом двигателе. Тогда мы как бы долетаем за четыре года, это если без учета релятивистских эффектов.  При этом, после набора скорости мы проведем 4 года в невесомости, потом «призвездение», и назад 4 года, в невесомости. И чтобы как то сгладить это невесомое существование, задумались о создании искусственной гравитации, а что нам стоит…А если подумать и создать эту искусственную гравитацию, естественным, банальным путем.  Давайте набирать скорость не сказочно-фантастическим путем, а с комфортным для нас, ускорением g.  Тогда, световой скорости, равной 300 000 000м/с, мы достигнем за 30612245с, или 0,97 года(354суток)! При этом, мы пролетим расстояние gt²/2 =9.8 *(30612245)²/2 =4591836765306122.5м или = 0,49св.лет. Т.е., если мы будем ускоряться в звездолете с реальным земным ускорением, а потом так же тормозиться перед звездой, то на это у нас уйдет два года времени, но за это время мы пролетим расстояние, приблизительно  в 1св.год. И тогда, все путешествие к звезде, туда, займет 5лет, вместо 4, но как вы помните, вместо сказочного ускорения, мы целых 2 года проведем в земных условиях. И лишь  3 из них, в неестественной невесомости.  На такую жертву выгодно идти? А представляете, сколько мы выиграем в минимизации мощности тяговых двигателей звездолёта.  Кто собственно нас заставляет вообще проводить полет в невесомости? Кто запрещает нам разделить все расстояние на две равные части. Первую половину, расстояние в два световых года, мы будем равномерно ускоряться, так, чтобы ровно в середине достичь световой скорости, а вторую половину, мы будем равномерно замедляться, с тем же ускорением. Вот на таком условии вычислим величину этого ускорения.
          a =2S/t²   ; где: а – величина ускорения в равноускоренном движении.
S – ½ рассматриваемого межзвездного расстояния, равная соответственно 2световым годам.
t – время полета космического аппарата, затраченное на преодоление указанного отрезка пути.
Но, ускорение в данном случае можно определить и как: a = C/t ; где : С –скорость света, равная 300000000м/с. Приравнивая правые части, приведенных значений ускорения:
                     2S/t²   =   C/t ,  определим  t :    t  = 2S/C, учитывая что   S = 2 св.года, получим:
                         t  = 2 * 2 св. года/С  =  4года ;        (1 год = 365,25суток = 3,16 *107 с)
Ускорение определим из:  a = C/t, подстановкой полученного  значения:
                   a = (300 000 000м/с) / 4*316 00000с = 3000/1264 м/с² = 2,37 м/с²;
Чтобы почувствовать это ускорение, скажем и это легко может проверить каждый, что авто с таким ускорением достигнет, знакомой нам скорости 100 км/ч, за 11,7с.
Напомню, что ускорение свободного падения на луне равно 1,66м/с².
Нормально? Ничего пока фантастического или сказочного. Комфортное путешествие, с силой тяжести  в полтора раз большей, чем на луне, за восемь лет туда, столько же обратно, не думаю что это много для межзвездного путешествия.
Что для этого надо?  Непонятный фотонный двигатель или вообще уродство человеческой мысли, разгон термоядерными взрывами    на отражатель?
Мы никак не можем отказаться от выстрела или взрыва. Но штурманское изучение путешествия говорит, что нам нужен двигатель, а не замедленный выстрел на 600секунд. Нужна полноценная ядерная энергетическая установка, для выработки электроэнергии, которая работает в совокупности с ионным ускорителем.

[Серж]

Критика временно убрана по просьбе ТС

[Pribavkin]

Согласно теории относительности цифры будут совсем иные, до скорости света будете ускоряться бесконечно.
Но это все теория, на практике нет реального известного проекта звездолета, чтоб долететь туда хотя бы за 200 лет.
Потом, Альфа Центавра очень старая кратная звездная система, планеты пока не найдены, а даже если есть, то там все забито под завязку старыми цивилизациями, новых просто не примут, отправят обратно....
Вот Эпсилон Эридана, молодая только формирующаяся звездная система, как раз наша будущая цель.

Ну, эту звездную систему фантасты уже плотно заселили! Там негде приткнуться.

[inj]

Рассматривать химические двигатели, двигатели с ядерным или термоядерным нагревом рабочего тела, для использования их в   звездолетах, абсолютно бесперспективно.
Как я уже упоминал на страницах этого форума, скорость истечения струи которое осуществляется за счет внутренней энергии рабочего тела, может лишь приближаться к скорости звука в этом р.т. при этой температуре. Скорость передачи возмущения в дискретной среде равна 2/3,14 средней  скорости хаотического движения её частиц. Энергия 1эВ, соответствует тепловой энергии частиц при абсолютной температуре 11 600градусов. При такой температуре даже ср. скорость атомарного водорода Н₁ будет лишь 16800м/с. И теоретическая скорость истечения могла бы приближаться лишь  к значению 16800*2/3,14 =10700м/с.  Но что такое температура 11200градусов, если на солнечной короне лишь 6000. Как удерживать р.т. с такой температурой да ещё и при высоком давлении!?
Но энергия 1эВ, это энергия заряженной частицы, прошедшей разность потенциалов 1Вольт. Напряжение батарейки карманного фонарика 3,7В, вне конкуренции с тепловыми двигателями даже с недостижимыми температурными параметрами. Те, кто не предал забвению МКТ, понимают, что альтернативы ионным ускорителям , для получения реактивной тяги звездолетов просто нет!
Другое дело, что для этого потребуется колоссальное количество энергии, но другого пути нет. Потому, что для придания космическим аппаратам гигантских скоростей, по  закону сохранения энергии, мы должны затратить на это строго соответствующее количество энергии.  Энергия необходимая   для разгона частиц будет расти в  зависимости от скорости истечения. Если для скорости 3 км/с нужно лишь 0,05эВ, то для скоростей истечения 3000км/с она будет 50КэВ, а для 30000км/с – 5 МэВ.  Но, повторяюсь, для получения р.т. с  громадными импульсами, потребуется соответствующее количество энергии. Энергия единственная проблема для достижения высоких скоростей. Энергоемкости ядерного топлива достаточно будет лишь для освоения скоростей в пределах 10000-30000км/с. Но и это уже далеко не нынешние 2км/с.
Мощности ядерной энергетической установки космических аппаратов, для обеспечения соответствующей скорости истечения, от 10ГВт и более. Ничего фантастического в этом нет. Естественно, что с нынешними преобразователями образца 19го века, с КПД 40% и необходимостью охлаждающих резервуаров, о применении ЯЭУ в космосе можно и не заикаться. Нужны преобразователи второго рода, с КПД близким к   100%, компактные, позволяющие полностью изолировать ЯЭУ от окружающей среды.
Двигатель «звездолета» будет представлять собой единую систему из нескольких объектов, укрупнёно: быстрый низкотемпературный ядерный реактор, термодинамический преобразователь второго рода, генератор электроэнергии, ускоритель заряженных частиц.
Звездолёты могут быть собраны на лунной орбите. Они предназначаются для перемещения в пространстве с небольшим ускорением, их конструкцией не предусматривается спуск на планеты. Они рассчитываются на эффективный разгон и достижение максимальных скоростей. Их двигательная установка, конструкция, не рассчитаны на старты с планет.
 Для посещения планет, спуска и старта с них, перемещению в их атмосфере, должны применяться принципиально отличающиеся аппараты, обладающие возможностью развития значительной тяги в форсажном режиме, возможностью развития значительных ускорений, многократно превышающих  g, в первую очередь приспособленных к длительному перемещению в атмосфере,  обладающих способностью вертикального взлета и посадки, также снабженные ЯЭУ.  

[Серж]

Ну, эту звездную систему фантасты уже плотно заселили! Там негде приткнуться.

Я с фантастами не конкурирую, они обитают в иной реальности, с который мы практически не соприкасаемся,
В нашей реальности там сейчас происходит образование какой-то из дальних плоанет, ближние планеты уже имеются и потихоньку остывают, но еще весьма горячие и вулканичные, развитые цивилизации такие не очень любят, мы может и освоимся.

[inj]

Ещё раз подчеркну, межзвёздный космический аппарат и космический аппарат для исследования или освоения планет, имеют мало принципиально общих элементов, вследствие того, что они предназначаются для решения слишком разнящихся задач. 
Звездолет имеет основной задачей старт  с орбиты  одной звезды,  с крейсерским  ускорением, с которым и будет продолжать движение в межзвездном пространстве, с максимально возможной скоростью истечения р.т., а  затем режим торможение,  с тем же «ускорением», вход в гравитационное поле другой звезды и расположение его на удобной орбите вокруг неё.   Кроме того, что он должен сам быть функционально автономен,  для выполнения планетных исследований, для восполнения запаса р.т.(а возможно и топлива, ведь цивилизация к тому времени может освоить и термоядерную энергию), он должен нести пару межпланетных кораблей. 
Межпланетный корабль  должен обеспечивать, многоразовые  спуски – старты  с планет,  должен обеспечивать длительное барражирование в атмосфере   планеты,  для её исследования, вертикальный взлёт и посадку. Конечно же, необходимо иметь на борту по паре легких л.а. вертикального взлета и посадки, средств высокой проходимости и легких водных и подводных аппаратов.  Должна быть полностью решена проблема жизнеобеспечения человека, которая на земле сводится к потреблению продуктов поглощения и переработки солнечной энергии. Т.е. запас «энергии» космического корабля используется для обеспечения двигательной установки и для обеспечения жизнедеятельности его обитателей. И пока мы не научимся «жить от источника энергии», увы, об освоении космического пространства мы будем лишь мечтать. Запасы продовольствия, воды, кислорода или введение в принудительный летаргический сон, думаю, не будут рассматриваться как перспективные. Мы должны научиться создавать комфортные условия жизни, для начала, в любой точке нашей планеты, затем  на Луне и в космическом корабле,  как межпланетного, так и межзвездного назначения, от источника энергии, т.е. в отсутствии солнца. Это очень  важный вопрос, абсолютно равноценный умению передвигаться в пространстве с нужной скоростью. И хотя это вообще «не моя тема, а биологов», я не только упомянул о ней, но и подчеркнул  её особую важность. Если мы решаемся покинуть место, привычного влияния на нашу жизнь - солнца, в первую очередь, нужно научиться жить без него.   
Луна, кстати, будет для нас наиболее важным, стратегическим космическим объектом, в плане того, что на ней наиболее выгодно расположение всей космической промышленности земли, блочное строительство элементов звездолетов и межпланетных космических кораблей, с выведением этих блоков на окололунную орбиту, для последующей сборки, со скоростью, незначительно большей 1,5 км/с, в условиях отсутствия атмосферы, что вполне конструктивно решаемо с применением платформ,  исполненных по технологиям МАГЛЕВ. Это будет самый экономичный и самый экологичный для Землян путь.
Поэтому освоение источников энергии большой энергоемкости  и длительного периода пользования, а также умение удовлетворять все жизненные потребности на основе энергии этого источника, практически откроет дорогу в космическое пространство и является одновременно общими, или одинаковыми элементами для звездолетов, планетолетов и космических станций-поселений.
 PS:    Синьоры,  по поводу темы, и её предназначении. Может сложиться впечатление, что автор хочет преподнести себя как высший разум, которому известен путь к Богу, и он раздает высшие знания догмы, чтобы непросвещенная толпа слепо уверовала и следовала за ним. Цель почти прямо противоположная. Я хочу показать, что  даже существующего уровня развития науки, уровня изученности нами природных явлений, достаточно для того чтобы сделать РЕАЛЬНЫЙ ШАГ к освоению космического пространства, а не только к его исследованию. Нужно лишь умелое применение знаний и и продвинутый инжинеринг.  И делать это возможно и нужно, сейчас. Природа не будет нас дожидаться, в любой момент она нам может преподнести испытания, которые мы, преуспевающие лишь в способах уничтожения себе подобных, попросту не вынесем.   

[inj]

Энергетическая установка.
Выбран быстрый ЯР,  «НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ».  Быстрый, имеющий высокий коэффициент воспроизводства ядерного топлива. Т.е.  возможность почти полного использования неделящегося в обычных реакторах U238, в качестве исходного материала для топлива.
Низкотемпературный режим раскроет полные возможности не только быстрого реактора как такового, но и   покажет истинное превосходство  ядерной энергетики  над привычной, основанной на химических реакциях окисления(горения), известных видов  топлива.  
Низкотемпературный режим работы реактора сможет обеспечить преобразователь второго рода, позволяющий  производить термодинамическое преобразование тепловой энергии с кпд близким к 100%. ЯЭУ указанного типа, не нужен контакт с внешней средой, для сброса низкотемпературной тепловой энергии. Все что требуется, после загрузки и пуска указанной установки, это своевременный отвод выработанной механической (электрической) энергии.  Думаю всем понятны причины, по которым не изложена принципиальная конструкция преобразователя второго рода. Могу лишь заверить, что принцип его работы основан на известных законах физики, не включает в себя ни каких вымышленных, фантастических элементов. Всё его противоречие заключается лишь в опровержении  ВЕТО теплородиста Карно на полное термодинамическое преобразование тепловой энергии. Но, как говорится, мы не навязываемся. Можете попробовать расположить, применить на космическом объекте полноценную ЯЭУ, с мощностью, которую требуют ионные ускорители, в традиционном исполнении. При этом не забудьте найти способ утилизации 60% низкотемпературной тепловой энергии, от вырабатываемой мощности.  А мы подождем.  Низкотемпературный реактор, будет работать в температурных режимах более низких, чем «нынешние тепловые отходы - сброс».

[inj]

Летательный аппарат вертикального взлёта и посадки с ЯЭУ, призванный обеспечить длительные, беспосадочные полеты в атмосфере планеты. 
Понимаю, что после этого заголовка, большинство сделают вывод, что «у трибуны фантазёр».
Даже не буду отговаривать и оправдываться. Думать не запретишь.
Кое о чем всё-таки лишь попытаюсь сказать.
Технология производства указанных типов Л.А., проще авиационной; гарантированно достижение  скорости перемещения ЛА этого типа, на   уровне дозвуковой авиации, скорее всего не будет  проблем и с преодолением  звукового порога. Но расчетов до такого уровня скоростей пока не имеется, не считаю нужным   сосредотачивать на этом усилия.
Особенностью указанного типа Л.А. является улучшение летных, конструкционных, скоростных качеств, с увеличением его габаритов. Летательный аппарат охватывает транспортные средства практически всех диапазонов: от легких прогулочных одноместных (вместо дельта планов, но миниатюрнее и с вертикальным взлетом и посадкой), далее с вместительностью 4, 100, 1000 и более человек.
Абсолютно все составляющие элементы конструкций известны применением, т.е. испытаны.    Естественно, что с началом производства, все основные составляющие конструкции, будет усовершенствоваться под неё.  Так же как и авиация когда-то оснащала первые самолеты поршневыми двигателями.  Венцом их развития должны стать ЛА оснащенные ЯЭУ. В финале эволюции этого типа л.а., получим основу для проектирования межпланетного Л.А.