Итак, на видео было заявлено торможение со скорости 80км/с с ускорением 4g (не будем брать "тяжелые" 8g, и тем более рекордные 9.7g). Заявленная масса "Пегаса" около 400 тонн.
Что бы затормозиться на 1км/с на 4g надо тормозить 250с. Кинетическая энергия Пегаса до торможения = 400тонн * 80км/с * 80км/с / 2 = 1.28e15 Дж. Кинетическая энергия Пегаса через 250с = 400тонн * 79км/с * 79км/с /2 = 1.2482e15 Дж.
Куда делись 32ТДж? Пошли на нагрев щита (нагрев - мягко сказано, фактически речь идет об испарении щита). И это за 4 минуты.
Для сравнения - энергия взрыва ядерной бомбы «Малыш» над Хиросимой = 55-75 ТДж. То есть получается эквивалент ядерного взрыва на щите каждые 10 минут, пока Пегас тормозит. Сколько десятков/сотен метров толщины щита надо тащить с собой для такого торможения?
Кстати, где-то читал что еще при планировании "Ориона" 50 лет назад в NASA посчитали, что для транспортировки щита, рассчитанного на атмосферное торможение, потребуется запас топлива/пропеллента достаточного для остановки без щита. Так зачем тащить гигантский щит, массой в половину корабля, если вместо него можно заправиться и притормозить двигателем?
Добавлено (08.09.2013, 19:04) --------------------------------------------- Добавлю вот еще какую мысль:
Тормозной щит на носу и конструкции "на растяжение" не совместимы. При торможении "головой" мы вместо растяжения получим сжатие в противоположную сторону. Тормозной щит можно применять только в конструкциях "на сжатие" с крепким хребтом и модулями (креплением), рассчитанными на сжатие в обе стороны (или в одну, но тогда нужен защитный щит в носу и тормозной в хвосте).
Получаем принципиальные конструкции (в порядке уменьшения эффективности): 1) Растяжение - двигатели в голове тянут корабль при разгоне и торможении. 2) Сжатие - двигатель в хвосте толкает при разгоне и торможении. 3) Сжатие - двигатель в хвосте толкает, щит в хвосте тормозит. 4) Сжатие - двигатель в хвосте толкает, щит на носу тормозит.
0) Крепкий орешек - наши материалы настолько супер, что им не важно растягиваться или сжиматься, а щит настолько прочный что выгоднее тормозить им, а не двигателем. AMD Athlon II X3 3GHz + 8GB DDR3 + ATI Radeon HD 5770 1024 MB + Win7 64bit
Сообщение отредактировал Cirnas - Воскресенье, 08.09.2013, 20:25
Что бы затормозиться на 1км/с на 4g надо тормозить 250с.
1000 м/с / 40 м/с2 = 25 с Так что всё ещё хуже...
Но ведь и торможение нс ускорением 0.1g в течение пол-витка вокруг Юпитера - это уже неслабая экономия пропеллента. Ну пусть не пол-витка, а четверть длины экватора, это 70000*pi/2 = 100000 км. Чтобы выйти на орбиту, надо грубо говоря сборсить скорость со второй космической до первой. Для Юпитера это 59.5 км/с - 41.8 км/с = 17.7 км/с, округлим до 60 км/с - 40 км/с = 20 км/с. Размазав это на 100000 км, получим a = 10 м/с2 = 1g и время торможения 2000 с. Вполне терпимо же!
Но допустим. Тогда кин. энергия начальная - 7.2e14 Дж, конечная - 3.2e14 Дж, разность - 4e14 Дж = 400 ТДж. За 2000 секунд это 2e11 Дж = 0.2 ТДж в секунду.
По картинке диаметр щита составляет 0.43 от длины корбаля, т.е. 0.43 * 1300 = 560 м. Площадь получается 246300 м2, а поток тепла всего 812 кДж/м2/с = 8.12 Дж/см2/с. Насколько я помню, лазерное оружие должно иметь плотность энергии порядка 20 кДж/см2/с, чтобы оно работало. Так что щит сделан с большим запасом для торможения в атмосфере Юпитера.
Если взять приведённые в фильме параметры (с 80 км/с до 40 км/с при ускорении 4g), получим следующие числа: время 1000 секунд, путь 60000 км, начальная кин. энергия 1.28e15 Дж, конечная 3.2e14 Дж, разность 9.6e14 Дж, поток через весь щит 9.6e11 Дж/с, поток через единицу площади 3.9 МДж/м2/с = 390 Дж/см2/с.
Как отвести такое количество тепла в атмосфере? Даже не смотря на то, что она весьма холодная, это не поможет. Но надо ли вообще это делать? Может быть щит может просто поглотить эту энергию, нагревшись, а потом медленно остыть в космосе? В ссылке выше сказано, что щит сделан из стали, углеродного волокна и бериллия, и способен выдержать 5000° C. Если считать, что именно бериллий будет основным поглотителем тепла, то... нет, не получается. Расчёты:
По этой статье удельная теплоёмкость бериллия довольно большая - 1826 Дж/(кг*К). При нагреве почти до температуры плавления 1287 °С = 1560 К от начальной температуры щита 150 К (в районе Юпитера) один килограмм бериллия поглощает 2.57 МДж тепла. Но для поглощения 9.6e14 Дж тепла понадобится 370000 тонн бериллия. Не сходится. Ладно, поробуем абляционный щит, т.е. будем бериллий нагревать, плавить и испарять (или даже сразу сублимировать). Удельная теплота сублимации бериллия - 36.7147 МДж/кг, прибавим сюда теплоту нагрева, получится 39.3 МДж/кг, тогда для поглощения 9.6e14 Дж тепла понадобится 24000 тонн бериллия. Опять не сходится.
Значит щит всё-таки охлаждается на ходу, излучая. По з-ну Стефана-Больцмана даже не очень чёрное тело, нагретое до 5000°, очень не слабо излучает. А мы посчитаем наоборот, какая будет температура щита при заданных потерях на излучение (3.9 МДж/м2/с) и степени черноты скажем 0.5. Сразу видно, что явно не 5000° - насколько я помню, поток энергии с поверхности Солнца при температуре 6000° равен 60 МДж/м2/с. Считаем: T4 = 3.9e6 /(0.5 * 5.67e-8 * 1) = 1.37e+14, откуда T = 3400 К. Нормально, далеко до зявленных 5000! Так что "Пегас" расчитан правильно, хвала тем кто работал над фильмом! Сейчас такие фильмы - большая редкость...
В общем, торможение в атмосфере - не такая уж и фантастика. Просто щит нужен чем больше, тем лучше. Для массивных кораблей SE надо сделать его раскладывающимся, и способным выдержать нагрузку до 10g и температуру 4-5 тыс. градусов.
Но ведь и торможение нс ускорением 0.1g в течение пол-витка вокруг Юпитера - это уже неслабая экономия пропеллента.
Вся загвоздка в том, как сделать щит, который сэкономит больше пропеллента чем потребует для своей транспортировки.
Цитата (SpaceEngineer)
Масса корабля указана 400 тонн
Да, скорее всего сухая, учитывая указанные 60 тонн еды и 80 тонн кислорода. Кстати, зачем столько кислорода, неужели они воздух не восстанавливают? По-хорошему массу Пегаса стоит увеличить до 1000 тонн.
Цитата (SpaceEngineer)
надо грубо говоря сборсить скорость со второй космической до первой. Для Юпитера это 59.5 км/с - 41.8 км/с = 17.7 км/с, округлим до 60 км/с - 40 км/с = 20 км/с. Размазав это на 100000 км, получим a = 10 м/с2 = 1g и время торможения 2000 с. Вполне терпимо же!
В фильме сказано, что они подлетают не на минимальной ~60км/с, а на 80км/с. Итого, что бы удержаться на орбите, надо сбросить 80-40=40км/с.
Я рассматривал только абляционный щит. Попробую пересчитать со своей колокольни щит-радиатор:
Четверть витка для торможения? На глаз - самое оно. Средний радиус Юпитера ~70000км, а значит четверть длинны = 2*pi*r/4 = 110000 км. Это если считать по высоте с давлением в 1 бар. Нужна ли нам такая плотная атмосфера? А может ее наоборот не хватит? Очевидно в середине пути мы опустимся в самую плотную часть атмосферы и будем испытывать максимальное ускорение и нагрев. Нам надо выдержать пиковую нагрузку. Согласно фильму это 9,7g. Самый пик можно пережить, допуская предельный перегрев щита.
На глаз, самый тяжелый участок: торможение с 65км/с на 8g. За одну секунду получим энергию 2,07872E+12 Дж (для 400 тонн) или 5,1968E+12 (для 1000 тонн).
Будем считать что щит уже "прогрелся" до 5000 градусов, в какую сторону сместится его температура? Площадь - 246300 м**2, степень черноты 0,8 - легко достижима. Мощность излучения = 246300 * 0,8 * 5,67E-08 * 5300**4 = 8.82E+12 Дж. Для 4000 градусов мощность излучения 3,8E+12 Дж.
Чтож, вполне реально такой щит построить. Только не надо забывать что он в любом случае будет "таять" и надо это учитывать (и предварительно посчитать). Остается выяснить сколько он будет весить и выгодно ли его использовать. AMD Athlon II X3 3GHz + 8GB DDR3 + ATI Radeon HD 5770 1024 MB + Win7 64bit
Я думаю полная (не сухая) масса такого корабля будет на порядок, а то и на полтора больше. МКС весит 400 тонн, а там же ничего кроме жилых модулей и солнечных батарей нет. Ни двигателя, ни баков, ни щитов. Так что 4000 тонн, или даже 15000 тонн - более вероятная оценка. Тода и нагрузка на щит возрастает пропорционально (кин. энергия, которую надо рассеять в форме тапла), значит надо либо увеличивать температуру, либо диаметр щита.
Меня больше смущает другое: желаемые ускорения для базового корабля - 10g. Тягу создает ТЯРД = практически халявная энергия. Сколько будет весить щит и какой у него будет ресурс торможения?
Пассажиру не важно как создаются тормозные 10g: двигателем или щитом. Чем чаще мы будем пользоваться щитом - тем больше мы экономим пропеллент. Но чем больше мы разгоняемся - тем больше тратим его на разгон щита. Чем легче щит - тем легче ему окупиться. Чем больше его ресурс - тем больше он окупается.
Еще вопрос: как часто мы тормозим об атмосферу планет? У многих планет нет подходящей атмосферы. Получается основная цель щита - торможение об атмосферу гигантов (которые есть у многих звезд) при межзвездных перелетах. При внутрисистемных перелетах мы часто лишены такой возможности, но таскать щит приходится.
По моим ощущениям щит все таки не выгоден. Его следует использовать на челночных рейсах между системами, подгоняя его параметры под перелет (делать максимально легким - почти одноразовым). Для универсального корабля щит категорически не подходит. Единственный сценарий - щит на корабле-носителе, летающем от системы к системе, от гиганта к гиганту. А далее летаем более мелкими кораблями. AMD Athlon II X3 3GHz + 8GB DDR3 + ATI Radeon HD 5770 1024 MB + Win7 64bit
Сообщение отредактировал Cirnas - Понедельник, 09.09.2013, 13:45
В основном у карликов типа Марса или Луны. Но у них и масса небольшая, так что много пропеллента не потратим.
Цитата (Cirnas)
Получается основная цель щита - торможение об атмосферу гигантов (которые есть у многих звезд) при межзвездных перелетах.
Кстати, интересная мысль, как-то не подумал об этом. Не обязательно о гигантов тормозить, можно и о планету-цель.
Цитата (Cirnas)
По моим ощущениям щит все таки не выгоден. Его следует использовать на челночных рейсах между системами, подгоняя его параметры под перелет (делать максимально легким - почти одноразовым). Для универсального корабля щит категорически не подходит. Единственный сценарий - щит на корабле-носителе, летающем от системы к системе, от гиганта к гиганту. А далее летаем более мелкими кораблями.
Вот будет в SE конструктор кораблей, и нормальная физика, тогда это станет ясно. Кстати, задачу выяснения оптимальной конструкции корабля можно оставить игрокам, как элемент геймплея. В конце концов раз корабль модульный, можно менять его конфигурацию перед каждым полётом.
Кстати, рекомендую посмотреть BBC - Space Odyssey - Voyage To The Planets в оригинале, на английском. Во-первых, не будет этих раздражающих дурацких ляпов переводчиков ("Юпитер формируется и станет вторым Солнцем" и т.п.), во-вторых, в русской версии вырезали кучу сцен. Оказывается "Пегас" заправлялся водородом из танкера у Марса - вот в чём секрет его заявленной хар. скорости в 80 км/с. Ещё они сбрасывали зонд на Титан, но он сдох сразу после отделения от корабля (фильм снимали в 2004, ещё до прибытия к Сатурну зонда Кассини-Гюйгенс, не хотели облажаться видимо). И т.д.
Не обязательно о гигантов тормозить, можно и о планету-цель.
Об гигантов "мягче" будет - тормозной путь доступен больше.
Вариант 1: ресурсов мало, летаем экономично, рассчитывая заранее траекторию полета с финальным торможением - щит окупается. Вариант 2: ресурсов хватает, летаем как захотим, заправиться всегда можно у ближайшего гиганта - щит становится обузой. Вариант реалистичный: ресурсов в принципе хватает, но частые заправки утомляют - прилетаем в систему, тормозим о гиганта, оставляем платформу-носитель со щитом на орбите заправляться, а сами летаем по системе без щита. AMD Athlon II X3 3GHz + 8GB DDR3 + ATI Radeon HD 5770 1024 MB + Win7 64bit
Ещё в игре будут грузовые боты и танкеры, которым в принципе не важна большая скорость полёта (и гипердвигатель), но важна экономичность. Вот там аэроторможение себя оправдает. Но на счёт танкеров пока не понятно, что будет эффективнее - заправляться в атмосфере ГГ (не обязательно полностью тормозя, можно и на пролётной траектории), добывать водород из льда ледяных спутников того же ГГ, или гоняться по всей системе за кометами (плюс комет - отсутствие гравитационной ямы).
UPD: можно выписать все за и против каждого метода:
Газовые гиганты: + неисчерпаемые ресурсы водорода + простота получения водорода - всего-то отделить от гелия; можно этот процесс проводить прямо в воздухозаборнике + заодно добываем топливо для ТЯРД (D + 3He) + не нужна инфраструктура на планете - танкер просто летит где хочет + корабль сам может иметь воздухозаборники для экстренной заправки в любой необжитой системе - газовые гиганты есть не во всех системах - огромная потенциальная яма: большие скорости вхождения в атмосферу, танкерам требуются большие delta-V для торможения и выхода на орбиту - заправочная станция для транзитных кораблей должна находиться как можно дальше от гиганта, чтобы кораблям не пришлось тратить слишком много delta-V для торможения у неё и повторного разгона
Ледяные спутники ГГ: + маленькая первая/вторая космическая - какие-то единицы км/с - находясь близко к ГГ, имеют высокую орбитальную скорость; выгоднее использовать удалённые спутники - сложность добычи ресурсов - нужны ледяные карьеры или шахты (хотя если повезёт, на спутнике будут гейзеры), соотвествующая инфраструктура на поверхности, включая космодром - танкер должен приземляться именно на космодром - энергоёмкость процесса получения водорода - надо разлагать воду, делать это лучше на заводе на поверхности, чтобы не тащить лишнюю массу в космос
Ледные планеты: + маленькая первая/вторая космическая - какие-то единицы км/с + низкая орбитальная скорость - минусы те же что у ледяных спутников
Кометы: + практически отсутсвует гравитация - как правило, большая скорость - неудобные орбиты - через всю систему (хотя у койпероидов нормальные, но они далеко) - сложность добычи - нужно оборудование на самой комете - сложность очистки - мало раздагать воду на водород и кислород, кроме водяного льда там куча примесей - танкерам придётся таскать водород через всю систему к заправочной станции, расположенной в удобном месте
------------
Хм, чё-то у гигантов плюсов больше... Хотя экономические соображения могут их перечеркнуть.
Вариант реалистичный: ресурсов в принципе хватает, но частые заправки утомляют - прилетаем в систему, тормозим о гиганта, оставляем платформу-носитель со щитом на орбите заправляться, а сами летаем по системе без щита.
1 проблема - тогда нам нужны две энергоустановки. http://spaceengine.org/forum/11-87-5483-16-1328898829 "На этой луне жили эльфы, но прилетела звезда смерти и съела их планету, в результате луна осталась на вытянутой орбите вокруг солнца, а эльфы превратились в снежных людей"
А как же ледяные кольца планет? Должно быть что-то среднее между ледяными спутниками ГГ и кометами. + не нужна наземная инфраструктура и космодром. Win7 Pro x64 Intel Core2Quad 2.5GHz 4GiB RAM NVidia GForce 9800 1 GiB
Выше было хорошее предложение - оставить оптимизацию игрокам.
Цитата (Космокрот)
1 проблема - тогда нам нужны две энергоустановки.
Нам в любом случае надо на каждый бот/шаттл ставить реактор. Можно реализовать щит и базу заправщиков в качестве стыкуемого модуля базового корабля. Тогда главный ТЯРД останется у базового корабля. Это тоже задача оптимизации - каждый решит для себя.
Я бы еще добавил сравнение по скорости добычи: 1) Газовые гиганты 2) Ледяные спутники ГГ / Ледные планеты 3) Кометы / ледяные кольца / метеориты
Лично я предпочитаю заправку в атмосфере ГГ. Хотя остальные варианты тоже осуществимы. Заправка на гигантах потребует узкоспециализированных заправщиков, которые смогут позволить таскать с собой только гигантские базовые корабли и орбитальные станции. Чем крупнее заправщик - тем эффективней. Нужно оценить нижнюю границу размеров заправщика, который сможет остаться в плюсе после взлета с ГГ.
С этой точки зрения (2) и (3) более доступны. Тут нужны только заправочные модули, выделяющие водород из льда и буксиры/шаттлы. Учитывая то, что буксир/шаттл понадобится на любом базовом корабле, добавление заправочного модуля будет естественным шагом.
Вариант (3) сможет позволить себе любой корабль, учитывая низкую гравитацию, будет логично делать модули самодвижущимися. Тогда их можно сбрасывать пачками по прибытию в систему и забирать на отлете. AMD Athlon II X3 3GHz + 8GB DDR3 + ATI Radeon HD 5770 1024 MB + Win7 64bit
ENG
Новый сайт
Российская Федерация 
Нидерланды 
