Звездолет наоборот
Mar. 22nd, 2009 11:42 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
vitus_wagnerПо мотивам обсуждения проблем СТО в предыдущем посте придумалась следующая фантастическая концепция межзвездных перелетов. По-моему, в литературе пока что не встречавшася.
Межзвездный двигатель работает по принципу прокола пространства. Причем в отличие от большинства сценариев, где для работы межзвездного двигателя требуется удалиться подальше от гравитирующих масс, здесь наоборот - прокол пространства возможен только в области с достаточно большим гравитационным потенциалом. Соответствующим ускорению свободного падения не менее 30-50 м/с2. Конкретное значение зависит от типа двигателя и массы корабля. То есть легкие корабли с мощными двигателями могут использовать для скачка гравитационное поле планеты-гиганта, но большинству кораблей необходима звезда. Причем приблизиться к ней надо очень сильно, настолько что проблемы защиты корабля от излучения звезды и охлаждения становятся весьма нетривиальными.
Проколов пространство корабль летит в направлении противоположном градиенту гравитационного поля в точке прокола, пока не наткнется на область с таким же гравитационным потенциалом, где выходит в обычное пространство. Скорость его после выхода относительно окружающих астрономических объектов такая же, какая была в момент входа (что с учетом того, что относительные скорости звезды около которой входили и около который выходим могут составлять десятки километров в секунду, может быть немало). В принципе атмосфера плотностью в десяток раз больше земной для выхода препятствием не является, но то возможное аэродинамическое торможение после выхода - извольте выдержать. Но вот если влепишься при выходе в твердую часть планеты - там и останешься.
Интервал времени между входом и выходом в системе отсчета любой из звезд (входа и выхода) получается таким, чтобы с учетом релятивистских эффектов, возникающих из-за относительного движения звезд (со скоростями не более первых десятков километров в секунду), немедленно отправив корабль назад нельзя было попасть в точку отбытия раньше времени отбытия.
То есть с точки зрения наблюдателя на планете любой из звезд, корабль перемещается вне пространства со скоростью примерно десятки тысяч скоростей света. Путем правильного подбора звезд по маршруту (с тем чтобы минимизировать их относительные скорости) время прохождения маршрута таким образом можно сильно варьировать. (cм статью в википедии по поводу формул расчета внепространственной скорости).
Upd Энергии на собственно скачок надо довольно немного. Сравнимо с энергией, необходимой достижения точки скачка по оптимальной баллистической траектории. Поскольку в обычном пространстве корабли при этом летают по куда более быстрым траекториям, двигатели обычного пространства у них расходуют за полет на несколько порядков больше энергии, чем скачковый двигатель.
Величина минимального гравитационного потенциала, необходимого для скачка, лимитируется не запасом энергии на корабле вообще, а мгновенной мощностью, которую может развить скачковый двигатель, которая зависит от того, какие приливные силы, возникающие в момент скачка между его частями, он может механически выдержать. Сумма ускорения, создаваемого этими силами, и ускорения свободного падения (создаваемого эквивалентной точечной массой) в точке с данным гравитационным потенциалом - величина постоянная.
Межзвездный двигатель работает по принципу прокола пространства. Причем в отличие от большинства сценариев, где для работы межзвездного двигателя требуется удалиться подальше от гравитирующих масс, здесь наоборот - прокол пространства возможен только в области с достаточно большим гравитационным потенциалом. Соответствующим ускорению свободного падения не менее 30-50 м/с2. Конкретное значение зависит от типа двигателя и массы корабля. То есть легкие корабли с мощными двигателями могут использовать для скачка гравитационное поле планеты-гиганта, но большинству кораблей необходима звезда. Причем приблизиться к ней надо очень сильно, настолько что проблемы защиты корабля от излучения звезды и охлаждения становятся весьма нетривиальными.
Проколов пространство корабль летит в направлении противоположном градиенту гравитационного поля в точке прокола, пока не наткнется на область с таким же гравитационным потенциалом, где выходит в обычное пространство. Скорость его после выхода относительно окружающих астрономических объектов такая же, какая была в момент входа (что с учетом того, что относительные скорости звезды около которой входили и около который выходим могут составлять десятки километров в секунду, может быть немало). В принципе атмосфера плотностью в десяток раз больше земной для выхода препятствием не является, но то возможное аэродинамическое торможение после выхода - извольте выдержать. Но вот если влепишься при выходе в твердую часть планеты - там и останешься.
Интервал времени между входом и выходом в системе отсчета любой из звезд (входа и выхода) получается таким, чтобы с учетом релятивистских эффектов, возникающих из-за относительного движения звезд (со скоростями не более первых десятков километров в секунду), немедленно отправив корабль назад нельзя было попасть в точку отбытия раньше времени отбытия.
То есть с точки зрения наблюдателя на планете любой из звезд, корабль перемещается вне пространства со скоростью примерно десятки тысяч скоростей света. Путем правильного подбора звезд по маршруту (с тем чтобы минимизировать их относительные скорости) время прохождения маршрута таким образом можно сильно варьировать. (cм статью в википедии по поводу формул расчета внепространственной скорости).
Upd Энергии на собственно скачок надо довольно немного. Сравнимо с энергией, необходимой достижения точки скачка по оптимальной баллистической траектории. Поскольку в обычном пространстве корабли при этом летают по куда более быстрым траекториям, двигатели обычного пространства у них расходуют за полет на несколько порядков больше энергии, чем скачковый двигатель.
Величина минимального гравитационного потенциала, необходимого для скачка, лимитируется не запасом энергии на корабле вообще, а мгновенной мощностью, которую может развить скачковый двигатель, которая зависит от того, какие приливные силы, возникающие в момент скачка между его частями, он может механически выдержать. Сумма ускорения, создаваемого этими силами, и ускорения свободного падения (создаваемого эквивалентной точечной массой) в точке с данным гравитационным потенциалом - величина постоянная.
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2009-03-26 11:27 pm (UTC)Лёгкие состоят из альвиол. Чем Вы собираетесь заполнять их?
При перегрузке (заметьте, её испытывают и гонщики Ф-1, и пилоты, и космонавты - даже Вы в лифте) идёт перераспределение крови в организме. Чем Вы собираетесь его "компенсировать"?
Единственную возможность пока изыскали люди - занять положение перпендикулярное направлению перегрузки, т.е. чтобы не от головы в ноги кровь уходила, а от фронтальной, к примеру, части тела к тыловым отделам, что всё равно не отменяет многих негативных эффектов таких перегрузок.
no subject
Date: 2009-03-27 05:21 am (UTC)В результате как раз кровь вниз отливать уже не будет, первая проблема - что при какой-то перегрузке кости начнут тонуть в мясе. Но это будет не 5 же и не 10.
no subject
Date: 2009-03-27 08:03 am (UTC)Вариант с лёгкими - это констатация (так называется летальный исход в терминах медиков), а не просто "проблемы с сохранением работоспособности лёгких" :( (Почитайте, как работают альвиолы.) Да и не вижу необходимости: мы не проблему перепада давления решаем, а проблему возрастания гравитации (перегрузки)!
Кислород кто будет подводить к тканям, короче?
Короткие перегрузки человек выдерживает, т.к. в тканях есть запас энергии в АТФ и т.п. Длительные выдерживают очень немногие, у кого хватает сил "уговорить" кровь не застывать в жилах :/
PS: "Кости в мясе тонуть начнут" при перегрузках, когда уже ничто не поможет.
Кратковременные перегрузки некоторые пилоты держат до 15g. Планер Су-27 по проекту держит 9g (по памяти).
no subject
Date: 2009-03-27 08:18 am (UTC)Недопонимаете.
>>Да и не вижу необходимости: мы не проблему перепада давления решаем, а проблему возрастания гравитации
Проблема гравитации проявляется именно в перепаде давления. Столб жидкости (а кровь - жидкость) имеет давление ро-же-аш. В гидрокомпенсаторе это давление будет компенсироваться давлением жидкости снаружи. Разумеется, всплывёт следующий предел, проистекающий от неравномерной плотности человеческого тела. Кости там тонуть начнут и в этом духе. Разумеется, встанет проблема снабжения тела кислородом - либо с помощью искуственных лёгких, либо нужно выбирать крайне специфическую жидкость. Тем не менее такой вариант развития в принципе существует и в фантастике подлежит рассмотрению.
no subject
Date: 2009-03-27 10:05 am (UTC)Про кислород Вы тоже заблуждаетесь: газ ведёт себя по-другому, не так как жидкость - тут проблем от гравитации меньше, хотя в атмосфере и существует неравномерное распределение, но Вам придётся постараться с гравитацией, чтобы стало нечем дышать :/ "Финал" наступит раньше.
Ещё раз: не путайте изменение внешнего давления и гравитацию! Первое происходит каждый раз с переменой погоды, а изменения гравитации можно отследить на каруселях во вполне воздушном пространстве с практически неизменным (за время "эксперимента") внешним давлением.
PS: Вообще, с прямохождением человек заимел ряд болезней (и варикоз, и радикулит), но, видимо, пришлось принести эту жертву в угоду высвобождению "манипуляторов" от функций обеспечения перемещения. Настоятельно рекомендую ознакомиться с существующей предметной мед. лит-рой (и для пилотов проводились исследования о влиянии перегрузок, и для космонавтов о потере веса), тогда можно будет детальней что-то обсуждать.
PPS: Мне не хотелось подчёркивать, но нижеследующий Ваш коммент меня к тому вынуждает - повторяю: я биофизик, работал в ГНЦ РАМН (да, с кровью), закончил физический факультет МГУ - и всё это, конечно, не означает, что имею право читать лекции и проводить ликбез в ЖЖ ;)
Hint: кровеносная система замкнута внутри человека, а в качестве "гидрокомпенсатора" для неё выступают отчасти мышечные и иные ткани: человек на 70-80% состоит из воды! Полный объём кровеносной системы - 20 л, у "среднего" человека крови около 4-5 л - просвет сосудов регулируется организмом! К Вашему "мысленному эксперименту" вопрос: как изменится гравитация и связанное с ней перераспределение крови в организме при погружении тела в ванну? :)
no subject
Date: 2009-03-27 10:27 am (UTC)2)Чихать я хотел на поведение кислорода в газе. Речь о том, что для эффективной работы компенсатора человек не должен контачить с газом. Только с жидкостью. Поэтому и нужно заполнять лёгкие жидкостью.
А хинт вообще на меня работает. -). если бы природный компенсатор эффективно справлялся с задачей, проблемы нарушения кровообращения не стояло бы. Значит ему нужно помочь. Как? Скомпенсировать избыточное давление столба крови и прочих жидкостей тела! как построить такой компенсатор? - приложить давление снаружи, давление близкое с давлению столба крови. Погрузить тело в жидкость - наиболее простой способ этого добиться.
no subject
Date: 2009-03-27 11:03 am (UTC)2) Извините, бред от начала и до конца. Уж не говоря о том, что аквалангисты прекрасно научились плавать при избыточном внешнем давлении (обратите снова внимание, что при этом слабо меняется гравитация)!
Простите за нескромный вопрос: где Вас учили?
PS: Природный компенсатор неплохо справляется с задачей, раз Вы можете в ЖЖ строчить и моё время отнимать, вместо того, чтобы почитать немного книг и статей по предмету! Заметьте, что мы тоже не в невесомости живём! "Учите мат.часть - там так спрашивают!"
no subject
Date: 2009-03-27 11:21 am (UTC)2)Это не бред, это нежелание понять. Аквалангистам нужно компенсировать внешнее давление, в первом приближении - без градиента.
Мне куда интереснее, где учили вас -).
PS. Природный компенсатор имеет ограничение по предельным нагрузкам.
no subject
Date: 2009-03-27 11:10 am (UTC)no subject
Date: 2009-03-27 11:54 am (UTC)no subject
Date: 2009-03-27 12:36 pm (UTC)Когда ознакомитесь с предметом, отпадёт необходимость в троллинге.
Костюм полезен, безусловно, для других тканей, но не снимает даже проблему возможного смещения органов.
Короче, rtfm!
Безграмотность страшна не сама по себе - ужасает нежелание учиться, искать информацию и разбираться в предмете :/
Bye!
no subject
Date: 2009-03-27 02:18 pm (UTC)Ненене. Тыкаяте в КОНКРЕТНЫЙ фм. По физиологии, не по физике Иначе это слив и ничего более.
Google helps you!
Date: 2009-03-27 09:48 pm (UTC)Можно предметней: космическая физиология, космическая кардиология - космическая медицина
В вышеприведённой работе Берегового есть ссылки - можно было бы начать и оттуда.
Было бы желание... Только вот у Вас желание поп..ть, а не найти информацию. И лишь у меня такого желания нет, как и нет желания чему-то учить людей, которые не хочят учиться.
Re: Google helps you!
Date: 2009-03-27 10:37 pm (UTC)например, вот
http://jap.physiology.org/cgi/content/abstract/61/5/1686
наса тоже развлекалось
http://history.nasa.gov/SP-4201/ch2-4.htm
ну и апупей апупеоза
http://www.esa.int/gsp/ACT/doc/BNG/ACT-RPR-BNG-2007-09-SuperAstronaut-IAC.pdf
с примитивным разбором механики и проблем и ссылками на опыты на животных. Я надеюсь, с опытами вы спорить не будете?
И кто из нас 3.14...т ?
Другой разговор
Date: 2009-03-30 05:52 am (UTC)Ну, а третье - это фантастика! Финальная фраза: "Most of the components of such a systems have already been realized, the development
of experimental demonstrators with animals could
be initiated right away."
Но общее направление мысли понятно :)
КаГбЭ, мир ждёт добровольцев!
Прошерстил самостоятельно имеющиеся в сети данные. Имеются лишь мнения и досужая болтовня (http://www.thenakedscientists.com/forum/index.php?action=printpage;topic=17941.0) :/
В принципе, из того что уже написано (http://en.wikipedia.org/wiki/G-suit) становится очевидно, что проблема не так проста, как кажется и основную "борьбу с гравитацией" ведут всё же наши органы, а не изобретения.
Впрочем где-то 15g кратковременной перегрузки действительно, видимо, можно без травм обеспечить гидрокомпенсатором - тут Вы правы, а автору больше, судя по всему и не надо, тем более, что там и концепция поменялась - вместо движения в сильном грав. поле теперь будет торможение, т.е. кратковременные перегрузки.
Собственно, "не всё так просто" происходит из того, что даже клетки неоднородны: люди - не бурдюки с
гводой. Длительный полёт с перегрузками около 6g вполне может вызывать и морфологические изменения. Поэтому я продолжаю утверждать то, что утверждалось выше - гидрокомпенсатор отчасти снимает лишь проблему гидростатики. Основное возражение, как и прежде основано на особых свойствах крови ("кровь - не водица!"), а также на неоднородности организма (органы), как и клеток организма.Для размышлений - из практики:
1) Осаждение клеток крови при центрифугировании - 10 мин при 200g - получаем ОТП. Гемодинамика изменится ещё раньше. Как минимум один из важных показателей - скорость осаждения эритроцитов (http://ru.wikipedia.org/wiki/СОЭ) - изменится при изменении гравитации, хотя сразу не могу сказать, как это скажется на состоянии.
2) Существуют разные рефлекторные компенсации при изменении давления в тех или иных участках системы кровообращения. А перепады будут из-за неоднородности. Хотя тут тоже надо отдельно копать литературу.
Обсуждение было полезным - почитал про разработку "Libelle suit" - забавно. Когда будет время - переберу найденные мной линки - продолжим.
Re: Другой разговор
Date: 2009-03-30 06:51 am (UTC)Фактически единственный путь по которому можно двигаться при конструировании такого двигателя, это отказ от принципа ракеты. Потому что в случае ракеты у нас либо нужно очень много рабочего тела, либо очень большая мощность.
А если придумается двигатель на принципе отличном от ракетного, например антигравитационный, то, возможно, проблемы с перегрузками отпадут сами, так как этот двигатель будет сообщать ускорение равномерно всем инерционным массам в объеме корабля.
Re: Другой разговор
Date: 2009-03-30 10:58 am (UTC)Плюс вопрос компенсации перегрузок может быть очень существенен при экстремальных (аварийных) спусках с орбиты в атмосферу и аналогичных ситуациях. Так что держать в уме такие ускорения полезно.
Re: Другой разговор
Date: 2009-03-30 10:55 am (UTC)Органы - да. Я, в общем, в своём уме и более чем на 50-100 же в течении умеренного срока (минуты) в гидрокомпенсаторе и с заполненными подходящей жидкостью лёгкими и прочими воздушными полостями не надеюсь даже в мечтах. И полностью понимаю, что связано сие с массой проблем - и проблемы с гетерогенным составом крови, и различная плотность органов (впрочем, поскольку органы - в основном вода, я смею надеяться, что эта плотность от плотности воды разниться не радикально), и плотность костей и проблемы с медицинским поддержанием жизнедеятельности человека с заполненными жидкостью лёгкими (кстати, этот вопрос мне крайне интересен, но ничего толкового я наскрести пока не сумел. Эксперименты есть, но не более того) и заморочки с воздушными пазухами в черепе.
Почва для фантазий благодатная
Date: 2009-03-30 12:15 pm (UTC)Пока что просто дают воздух высокого давления с изменённым составом, как у аквалангистов глубоководников (азот на гелий, емнип, меняют).
А вот в кровь давать перфтораты для увеличения длительности пребывания в условиях повышенной гравитации - это могло бы работать... Только, опять же, проблема восстановления состава после - и не снимает проблему возможных массовых тромбозов.
Правда, объект можно в капсуле вращать вокруг всех осей для равномерного перемешивания :)
Только я не уверен, как это скажется на психическом здоровье, - мозжечок точно подвинется :/
Короче, если фантазировать на тему жизни в условиях высокой гравитации (http://artificial-gravity.com/), то кровь определённо надо как-то и на что-то менять или менять её биохимию, или состав форменных элементов. Впрочем, придётся многое менять - начиная от механизма деления клеток и до линейных размеров (текущие размеры земных обитателей ограничены как раз таки гравитацией).
В общем, я больше чем на 15g бы не рассчитывал. Да и то непродолжительное время (надо бы оценить расстояние от Солнца, где уже есть требуемые Витусу 6g, и подлётное время с пребыванием в зоне высокой гравитации)...
Re: Почва для фантазий благодатная
Date: 2009-03-30 12:23 pm (UTC)Вторую ссылку добавил в закладки.
Высокие ускорения интересны из немного других соображений - в свете прожекта "из пушки на орбиту". Без технологии, позволяющей переваривать сверхвысокие перегрузки хотя бы минуты это дохлый номер, а других вариантов, позволяющих надеяться на разумную стоимость выведения на орбиту, не предвидится. Я прикидывал на промокашке - меньше сотни же там совсем грустные размеры получаются. Но и время - копеечное, именно что минуты максимум.
no subject
Date: 2009-03-27 08:21 am (UTC)Примерно так.