Meziplanetární lodě (Pohon, část 3.)

Ahoj vespolek.
Dnešní textík se bude zabývat některými typy pohonů, které nejsou „příliš převratné“ které si představuji že by měly být použity v konstrukci mezihvězdných vesmírných lodí.
 
Pohon
Bod číslo jedna – mám sice rád sci-fi, ale s větším důrazem na první část zkratky, takže zatím budeme předpokládat, že různé způsoby nadsvětelného cestování jako jsou „warp, červí díra, kluzný vesmír, atd.“ prostě NEEXISTUJÍ, nebo nebudou ještě minimálně 500 let vynalezeny (obzvlášť pokud nepřiletí zelení mužíčci a nedají nám lekci ve stavbě takových zařízení). Tím pádem budeme předpokládat různé reálnější principy pohonů fungující v různých variacích podobně jako když z ruky pustíte nafouknutý balónek a vzduch z něj unikající ho tlačí vpřed.
 
Bod číslo dva. Ve vesmíru sice není žádná gravitace nebo odpor atmosféry, ale pohon stále musí pracovat se setrvačností hmoty plavidla (+ nákladu, pancíře, atd). Hmotu lodě si můžeme představit jako paletu cihel – těžké a rukou s tím jen tak někdo nepohne. Protože se ale chceme pohybovat v prostředí s minimálním odporem, představme si tu paletu s cihlami v zimě a na sáních (pod kterými je dost sněhu). Pohnout už s ní jde, ačkoliv je to stále těžší než to vypadá. Ve vesmíru se k tomu ještě přičítá problém setrvačnosti (protože když chceme „otočit“, nebo jenom „ostře zahnout“, musíme vydat velmi velké množství energie jen proto, abychom zpomalili. A to nemluvím o situaci, že se zrychlovalo dlouhodoběji. V tom případě totiž musí loď na každou minutu zrychlování jedním směrem pro zastavení zpomalovat minutu opačným (samotné vypnutí motorů rozhodně nic neřeší – jenom přestane zrychlování).
 
Zajímavé video o setrvačnosti a manévrech ve vesmíru: http://www.youtube.com/watch?v=GihlZ0Mnq-k&feature=related
 
(doba přeletu soustavy „napříč“, průměrné zrychlení, váha paliva na uraženou vzdálenost – řekněme 1 světelnou jednotku) Když vezmeme v potaz vzdálenosti ve kterých (od Země) je ve sluneční soustavě ještě něco zajímavého – snadno přístupné zdroje v asteroidech, nebo planety s pravděpodobností výskytu (mimo jiné) vody – něco okolo 10,5 astronomických jednotek - “AU“ (1AU vzdálenost Slunce-Země + 9.5AU k Saturnu, pokud by byl na druhé straně Slunce než Země). Pro pořádek wiki říká: 1AU = 150 milionů kilometrů nebo zhruba 500 světelných sekund. Na druhou stranu k pohybu ve vesmíru mohou být používány „zkratky“ – jak ve smyslu vzdáleností – odlet v časovém okně, kdy je cíl v době příletu na jeho pozici co nejblíže Zemi, tak i ve smyslu fyziky – například využití tzv. „manévru gravitačního praku“ okolo vhodného vesmírného tělesa – nejčastěji Země, nebo Měsíce. O tom, že by se loď i s posádkou měla dokázat vrátit i zpět už raději pomlčím… :D. Vzhledem k nemožnosti „vypnout“ raketový pohon na pevná paliva, bych ho doporučoval, jen jako nouzový „úhybný“ motor na jedno použití (pokud vůbec). Začnu tedy, raději raketovým pohonem na kapalná paliva (který je bohužel mnohonásobně dražší a poruchovější, než ten na pevná). Možné motory:
 
pohon LOX+kapalný vodík: ve vakuu nejvýkonnější raketový motor na kapalné palivo (jaký je na wiki) má specifický impuls ve vakuu přibližně 4500 Newtonů na 1s činnosti při spotřebování 1 Kg paliva, což by za ideálních podmínek znamenalo (výtokovou) rychlost 4500m/s (což by za neexistujících ideálních podmínek znamenalo rychlost lodě 16 200 Km/h. Zní to ohromě, až na to že v tom není započítaný vliv hmoty lodě a paliva. A touto „ohromnou“ rychlostí by trvala cesta ze Země k Saturnu zhruba 10 let a 7 měsíců. Další bodík – nepočítáme „zrychlování“ a „zpomalování“ v hodnotách vhodných pro člověka – 1 – 2G: tj. 19,62N). Kvůli relativní „pomalosti“ bych tento typ motoru doporučoval jenom pro „manévrovací“ trysky – když už vůbec. Wiki: http://cs.wikipedia.org/wiki/Raketov%C3%BD_motor_na_kapaln%C3%A9_pohonn%C3%A9_l%C3%A1tky
 
obrázek raketového motoru na kapalné palivo:
 
VASIMR: na wiki nejvýkonnější nalezená forma „iontového“ (a zároveň „plasmového“) pohonu. Protože je jeho odhadovaný specifický impulz odhadován na 3-30 000 N.s/Kg, střelím střední hodnotu a řeknu zhruba 16 000 N.s/Kg. Výtoková rychlost by tedy byla 16 000m/s (v „ideálních podmínkách“ 57 600km/h 2400d 6 let a 7 měsíců – opět se stejnými výhradami k brutálnímu zjednodušení, jako u prvního výpočtu). A to je pouze experimentální motor, který byl testován jenom ve fázi prototypů a jen ve specifických, krátkodobých režimech. Navíc na rozdíl od „klasického“ raketového motoru potřebuje nejenom palivo, ale ještě neustálý příkon energie. Má ale poměrně vysokou předpokládanou životnost a pro činnost ve vakuu je (proti konvenčnějším motorům) velmi vhodný. Wiki: http://en.wikipedia.org/wiki/Vasimir
 
Obrázek „Vasmiru“:
 
Urychlovače hmoty použité k pohonu: Bohužel chybí údaje – našel jsem jenom čísla, která po zprůměrování dávají 1 000 000N. Nevím ale jestli jde o specifický impulz, proto nebudu v tomto případě pokračovat ve „výpočtu“. Jedná se o nevyzkoušenou myšlenku – elektromagnetické urychlení je nějaký čas používáno jen na „rychlovlacích“ a magnetický kovový materiál který by byl používaný jako „palivo“ je poměrně těžký. http://en.wikipedia.org/wiki/Mass_drivers
 
Obrázek (výstřelu prototypu „raligunu“ - u kterého se ale předpokládá použití spíš jako zbraň):
 
Elektro-magnetický motor: Opět chybí údaje. Až do roku 2007 považováno za (možný) podvod. Jedná se o motor, který by podle klasického chápání zákonů fyziky neměl fungovat, protože nevyzařuje žádný změřitelný či zjistitelný „plamen“. Podle srovnání jeho výkonů s iontovým motorem který poháněl sondu „Smart1“ a která by celou cestu způsobem jakým jsem počítal ostatní urazila za delší dobu než raketa na kapalné látky, ale zase by nemusel nést ŽÁDNÉ palivo, jenom zdroj energie (nejspíše reaktor). Ačkoliv jde o kontroverzní myšlenku, kterou někteří významní vědci stále odsuzují jako podvod, byla v roce 2007 dokázána testem a v roce 2008 skupina čínských výzkumníků vyhlásila, že potvrdili teorii na základě které motor pracuje a pokračuje s výrobou předváděcí verze. Wiki: http://en.wikipedia.org/wiki/Relativity_drive
 
obrázek:
 
Zajímavým typem motoru je i „Pulzní atomový“ o kterém jsem sice také nesehnal moc informací, ale už ta myšlenka je velmi zvláštní. Loď by měla na zadní části „parabolu“ (talíř), která zachytí sílu výbuchu bomby vypuštěné „za“ loď.
 
Ještě pár slov o hezkém, klidných a celkem „levných“ způsobech vesmírného cestování, ke kterému mě nasměroval Brmboš.
 
„sluneční plachetnice“. Je to dobrý způsob, ale kvůli tomu, že si nedokážu představit že by taková loď mohla někdy letět „proti“ slunci, nechám takovou konstrukci pro vědecké roboty (sondy), pomalé nákladní transporty a cokoliv, u čeho omezená manévrovatelnost, velká zranitelnost plachty a nepříliš vysoká rychlost tak nevadí a hlavní je výdrž a cena.
 
 
Meziplanetární lodě mohou využívat i tzv. „meziplanetární dálnice“ – tj. koridory, skrze které je cesta mezi planetami díky působení gravitace a dalších sil méně náročná na palivo (tímto způsobem se dá ušetřit až 90 % pohonných látek na stejnou cestu), ale je to „delší“ cesta – proto předpokládám, že takové cesty budou využívány především „civilními“ – „průmyslovými“ a nákladními (případně těžebními) loděmi, kdežto vojenské prostě budou navigovat po nejkratší přímce k cíli (protože u nich tak moc nezáleží na ceně paliva, ale na tom, aby byl úkol splněn).
 

koridory

Ještě menší shrnutí. Pro meziplanetární cesty je třeba se smířit s velkou dobou přeletu, nebo najít mnohem efektivnější a hlavně „rychlejší“ motory, případně jinou „okliku“. Setrvačnost mnoha tun hmoty lodě z ní také rozhodně nebude dělat příliš obratný prostředek, ale velikost zase sníží cenu přepravy jednoho kilogramu hmoty na jednotku vzdálenosti & umožní to použít větší motory. A zároveň to zajistí posádce rozumné životní prostředí pro celou dobu cesty.

Obrázek jsem vzal z TÉTO www.
Rychlý odkaz na článek "Meziplanetární lodě (úvod, část 1.)", jehož součástí je i "obsah" s odkazy na všechny související textíky

kategorie: 

Komentáře

Obrázek uživatele Brmboš

Já jen dodám, že hybnost je součinem rychlosti a hmotnosti, takže jakou hmotnost a jak rychle ji loď "hodí" za sebe takovou rychlostí se bude pohybovat sama loď opačným směrem.

Obrázek uživatele Ultramarinus

Jo, to má Brmboš recht - tohle jsem tam zdůraznit zapoměl.