Czy i jak rozgrzeje się rakieta miedzygwiezdna

[Behlur_Olderys]

A przy okazji ciekawostka:

Średnia gęstość ośrodka międzygwiezdnego to ok. 1 atom wodoru na 1cm3.

Jeśli nasza rakieta ma przekrój o powierzchni 10m, to w ciągu podróży na Proximę zderzy się mniej więcej z 1g wodoru.

 

Zderzenie z 1g wodoru o prędkości praktycznie c to łatwo policzyć - praktycznie E = mc^2 = 100 TJ energii.

 

Teraz wyobraź sobie, że jesteś w środku. W przeciągu 400ns rakieta absorbuje 100TJ. To jest moc miliona petawatów. Przydałby się jakiś wydajny radiator

 

 

Paliwo i prąd nagle zaczynają być mało istotne

 

 

Pozdrawiam

 

[dobrychemik]

19 godzin temu, Behlur_Olderys napisał:

A przy okazji ciekawostka:

Średnia gęstość ośrodka międzygwiezdnego to ok. 1 atom wodoru na 1cm3.

Jeśli nasza rakieta ma przekrój o powierzchni 10m, to w ciągu podróży na Proximę zderzy się mniej więcej z 1g wodoru.

 

Zderzenie z 1g wodoru o prędkości praktycznie c to łatwo policzyć - praktycznie E = mc^2 = 100 TJ energii.

 

Teraz wyobraź sobie, że jesteś w środku. W przeciągu 400ns rakieta absorbuje 100TJ. To jest moc miliona petawatów. Przydałby się jakiś wydajny radiator

 

 

Paliwo i prąd nagle zaczynają być mało istotne

 

 

Pozdrawiam

 

 

Wyliczenie jest błędne. Dlaczego cała energia miałaby być przekszrałcona w ciepło? Atomy mogą się tez odbijać, a nie tylko przyklejać do statku. I jeszcze może tunelować - jeśli się nie mylę, to prawdopodobieństwo tunelowania będzie rosło przy zbliżaniu się do prędkosci światła.

Edytowane 29 Stycznia 2021 przez dobrychemik
literówka

[Behlur_Olderys]

Godzinę temu, dobrychemik napisał:

 

Wyliczenie jest błędne. Dlaczego cała energia miałaby być przekszrałcona w ciepło? Atomy mogą się tez idbijać, a nie tylko przyklejać do statku. I jeszcze może tunelować - jeśli się nie mylę, to prawdopodobieństwo tunelowania będzie rosło przy zbliżaniu się do prędkosci światła.

 

Ale rachunki są błędne czy założenia? 

 

Stoisz przed rozpędzoną lokomotywą. Odbijesz się? 

 

Tunelowanie to bym zostawił w spokoju. Jaką długość fali ma cząstka o gigantycznym pędzie?

 

Przy takich prędkościach to nie zderzają się atomy, ale pojedyncze kwarki, gluony itp. Nie wiem, co się wtedy dzieje, ale niech choćby 0.0001% z tego zamienia się w ciepło. Wciąż zostajesz z kaloryferem o powierzchni 10m2 i mocy 1 petawat...

 

 

 

 

 

[janekosa]

3 godziny temu, Behlur_Olderys napisał:

Średnia gęstość ośrodka międzygwiezdnego to ok. 1 atom wodoru na 1cm3.

a dodaj do tego efekt unruha (biorąc pod uwagę, że rakieta jednak musi przyspieszyć a potem zwolnić) i się jeszcze cieplej zrobi

Efekty relatywistyczne są dość nieintuicyjne

  

4 godziny temu, sosna napisał:

Ok zły przykład - może inaczej: do pracy wszelakich systemów na statku potrzebny jest prąd, potrzebuje zapasu prądu na 4 lata czy na 400 nanosekund?

 

Skoro czas w rakiecie zwalnia to bez znaczenia czy mowa o kosmonaucie czy o systemach statku potrzebujących do pracy energii a zatem prawidłowa odp to 400ns.

tak właśnie jest.
A jak chcesz praktyczny "dowód" (no może bardziej eksperyment myślowy) na prawdziwość tego efektu, to pomyśl sobie o już przytoczonych neutrinach. Ich czas życia jest istotnie krótszy niż 8 minut. Jednak lecą do nas ze Słońca przynajmniej 8 minut, bo nie mogą przekroczyć prędkości światła. To jakim cudem możemy je zaobserwować? Przecież wcześniej powinny się rozpaść.

No właśnie. Lecą na tyle szybko, że z ich perspektywy mija znacznie mniej czasu niż te 8 minut.

Edytowane 29 Stycznia 2021 przez janekosa

[dobrychemik]

7 godzin temu, Behlur_Olderys napisał:

 

Ale rachunki są błędne czy założenia? 

Stoisz przed rozpędzoną lokomotywą. Odbijesz się? 

Tunelowanie to bym zostawił w spokoju. Jaką długość fali ma cząstka o gigantycznym pędzie?

Przy takich prędkościach to nie zderzają się atomy, ale pojedyncze kwarki, gluony itp. Nie wiem, co się wtedy dzieje, ale niech choćby 0.0001% z tego zamienia się w ciepło. Wciąż zostajesz z kaloryferem o powierzchni 10m2 i mocy 1 petawat...

 

Nie podobają mi się założenia. Rachunków nie sprawdzałem, zakładam, że dostatecznie biegle operujesz liczbami.

 

1. Im mniejszy, prostszy obiekt, tym zderzenia są bardziej sprężyste - w takich zderzeniach energia kinetyczna zostaje zachowana. Człowiek nie jest za bardzo sprężysty, więc gorzej się odbija od lokomotywy, ale nawet i on na swój niepoukładany sposób jakoś się odbije od rozpędzonej ET42.

 

2. Moc jest niegroźna, bardziej trzeba patrzeć na całą energię. Lasery femtosekundowe mają olbrzymią moc, a i tak by Ci poważnej krzywdy nie zrobiły - zbyt krótki czas działania. I tutaj podobnie. Skoro mamy czasy rzędu nanosekund to nieważne ile energii by zebrała zewnętrzna warstwa atomów rakiety - ta energia nie zdążyłaby zostać przekazana głębiej. Efektem byłoby oderwanie części z tych atomów i te atomy uniosłyby większość energii cieplnej.

 

Podsumowując: nie można zapominać o ziarnistości materii. Ona naprawdę odgrywa wielką rolę.

Edytowane 29 Stycznia 2021 przez dobrychemik

[ZbyT]

5 godzin temu, janekosa napisał:

A jak chcesz praktyczny "dowód" (no może bardziej eksperyment myślowy) na prawdziwość tego efektu, to pomyśl sobie o już przytoczonych neutrinach. Ich czas życia jest istotnie krótszy niż 8 minut. Jednak lecą do nas ze Słońca przynajmniej 8 minut, bo nie mogą przekroczyć prędkości światła. To jakim cudem możemy je zaobserwować? Przecież wcześniej powinny się rozpaść.

No właśnie. Lecą na tyle szybko, że z ich perspektywy mija znacznie mniej czasu niż te 8 minut.

 

to nieprawda. Neutrina są cząstkami stabilnymi więc nie rozpadają się ... bo nie mają na co. Mogą za to oscylować ale to już całkiem inna historia

 

zapewne chodziło ci o miony atmosferyczne, które powstają w atmosferze na wysokościach setek km. Ich czas życia to 2,2 us czyli z prędkością światła mogą pokonać mniej niż 1 km, a to za mało by dotrzeć do powierzchni ziemi. Dzięki efektom relatywistycznym czas im płynie wolniej więc mogą docierać do powierzchni naszej planety gdzie je obserwujemy zanim się rozpadną na elektrony i neutrina

 

pozdrawiam

[ZbyT]

36 minut temu, dobrychemik napisał:

1. Im mniejszy, prostszy obiekt, tym zderzenia są bardziej sprężyste

 

nieprawda

to czy zderzenie będzie sprężyste czy nie zależy od energii cząstki

przy małych energiach zderzenia są zwykle sprężyste co wcale nie oznacza braku wymiany energii. Cząstki mogą przekazywać energię kinetyczną, a tym samym cieplną

 

przy większych energiach zderzenia mogą nie być sprężyste i wtedy dochodzi do rozbicia cząstek, a w efekcie pojawiają się inne cząstki o mniejszych energiach, które z kolei oddziałują sprężyście więc już mogą przekazywać energię kinetyczną i tym samym cieplną

 

w każdym przypadku jakaś część energii jest przekazywana tarczy w postaci ciepła. Gdyby zatrzymać produkty reakcji w tarczy to wtedy cała energia zamieni się w ciepło. Tak działają kalorymetry w zderzaczach

 

pozdrawiam

[dobrychemik]

Zacząłeś od "nieprawda", ale w sumie zgadzamy się, że tylko część energii kinetycznej zostanie przekształcona w ciepło. Ja twierdzę, że może to być niewielka część. A ponieważ czasu z założenia jest za mało na przekazywanie ciepła w głąb rakiety, to nieuniknione jest pozbywanie się go głównie poprzez stopniową utratę zewnętrznej warstwy atomów. 

 

[janekosa]

1 godzinę temu, ZbyT napisał:

 

to nieprawda. Neutrina są cząstkami stabilnymi więc nie rozpadają się ... bo nie mają na co. Mogą za to oscylować ale to już całkiem inna historia

 

zapewne chodziło ci o miony atmosferyczne, które powstają w atmosferze na wysokościach setek km. Ich czas życia to 2,2 us czyli z prędkością światła mogą pokonać mniej niż 1 km, a to za mało by dotrzeć do powierzchni ziemi. Dzięki efektom relatywistycznym czas im płynie wolniej więc mogą docierać do powierzchni naszej planety gdzie je obserwujemy zanim się rozpadną na elektrony i neutrina

 

pozdrawiam

Za mało styku z fizyką przez za długi czas i zacząłem wypisywać bzdury. Wstyd mi. Oczywiście masz rację. Ale z tymi neutrinami też był jakiś cymes, tego jestem pewien. tylko sobie nie przypomnę teraz już o co chodziło.

[dobrychemik]

2 godziny temu, ZbyT napisał:

zapewne chodziło ci o miony atmosferyczne, które powstają w atmosferze na wysokościach setek km. Ich czas życia to 2,2 us czyli z prędkością światła mogą pokonać mniej niż 1 km, a to za mało by dotrzeć do powierzchni ziemi. Dzięki efektom relatywistycznym czas im płynie wolniej więc mogą docierać do powierzchni naszej planety gdzie je obserwujemy zanim się rozpadną na elektrony i neutrina

 

 

Pewne uproszczenie z czasem życia cząstki. To nie czas, po którym cząstka się rozpada. To czas, w trakcie którego połowa cząstek takiego typu się rozpadnie. Lub inaczej formułując: to czas, w trakcie którego cząstka ulegnie rozpadowi z prawdopodobieństwem 50%. Nawet i bez efektów relatywistycznych pewna niewielka liczba cząstek dotarłaby do detektorów na powierzchni Ziemi. 

Oczywiście ZbyT dobrze o tym wie, ale piszę to dla osób nie będących biegłymi w tych tematach.

Edytowane 29 Stycznia 2021 przez dobrychemik

[dobrychemik]

A ja z uporem maniaka będę obstawał przy tym, że rakieta i tak nie musi się mocno rozgrzać. Rakieta to nie jest jakiś twór holistyczny czy też mistyczny. Zewnętrzne warstwy nie będą grzecznie siedziały na swoim miejscu i przekazywały energię głębszym warstwom atomów. One po prostu odfruną, bo nic ich nie będzie trzymało na rakiecie. Rakiety są jak ogry - mają warstwy!

 

Proponuję eksperyment myślowy: nasza super-rakieta pokryta jest mnóstwem much. Siedzą na niej bo chcą - to specjalnie trenowane, wysoce społeczne, gotowe do poświęceń muchy. Gdy rakieta pokryta tymi insektami będzie już lecieć z "niemal-c" po kolei te muchy będą zdychały i rozpadały się. Może gdy nie będziemy utożsamiać zewnętrznych warstw obiektu z całym obiektem łatwiej będzie zrozumieć, że wnętrze nie musi się ugotować póki muchy są na swoim miejscu.

[ZbyT]

2 godziny temu, dobrychemik napisał:

 

Pewne uproszczenie z czasem życia cząstki. To nie czas, po którym cząstka się rozpada. To czas, w trakcie którego połowa cząstek takiego typu się rozpadnie. Lub inaczej formułując: to czas, w trakcie którego cząstka ulegnie rozpadowi z prawdopodobieństwem 50%. Nawet i bez efektów relatywistycznych pewna niewielka liczba cząstek dotarłaby do detektorów na powierzchni Ziemi. 

Oczywiście ZbyT dobrze o tym wie, ale piszę to dla osób nie będących biegłymi w tych tematach.

 

pomyliłeś czas życia cząstki, a dokładniej średni czas życia cząstki z czasem połowicznego rozpadu. Dla mionu ten pierwszy to 2,2 us, a drugi to jeśli dobrze pamiętam 1,5 us. Choć w sumie chodzi o ten sam mechanizm to jednak definicje są różne

 

pozdrawiam

[dobrychemik]

1 minutę temu, ZbyT napisał:

 

pomyliłeś czas życia cząstki, a dokładniej średni czas życia cząstki z czasem połowicznego rozpadu. Dla mionu ten pierwszy to 2,2 us, a drugi to jeśli dobrze pamiętam 1,5 us. Choć w sumie chodzi o ten sam mechanizm to jednak definicje są różne

 

pozdrawiam

 

Racja. Tak czy siak chodziło mi o zwrócenie uwagi, że czas życia jednego, konkretnego mionu nie jest zdeterminowany i może być praktycznie dowolny.

[ZbyT]

nie bardzo

czas połowicznego rozpadu mionu to 1,5 us czyli poruszając się z prędkością światła połowa mionów może przebyć około 500 m. Miony powstają na wysokości ponad 100 km czyli aby przebyć odległość do powierzchni potrzebowałyby czasu przynajmniej 200 razy dłuższego od czasu połowicznego rozpadu co oznacza, że docierałby mniej niż jeden na 2²⁰⁰ mionów. Praktycznie nie ma szans by bez efektów relatywistycznych do powierzchni ziemi dotarł choć jeden mion, a całkowicie pominęliśmy straty energii na jonizację, które jeszcze bardziej zmniejszą szanse dotarcia mionu do powierzchni

 

pozdrawiam

[Krzysztof z Bagien]

Wracając do tematu rozgrzewania - jeśli dobrze się to rozwiąże konstrukcyjnie (odpowiednia geometria, materiały, pola magnetyczne/elektryczne itp., ewentualne aktywne chłodzenie), to transfer energii z zewnętrznych warstw naszej osłony termicznej do rakiety może być zerowy. Trochę na podobnej zasadzie, jak działają współczesne osłony termiczne służące do ochrony statku podczas wejścia w atmosferę.

 

A jeśli rozwiąże się to jeszcze lepiej, to tę materię międzygwiezdną można wykorzystać jako darmowy materiał pędny - patrz ramjet Bussarda.

Edytowane 29 Stycznia 2021 przez Krzysztof z Bagien

[szuu]

a to nie jest tak, że przy naprawdę dużych energiach fragment pancerza zmienia stan skupienia na gazowy?

 

w sytuacji przedstawionej na rysunku kierujący pojazdem A powinien:

- zawrócić jeśli to możliwe

- wymienić pancerz na najbliżej autoryzowanej stacji obsługi

- odprowadzić ciepło

- włączyć wycieraczki

 

[Krzysztof z Bagien]

12 minut temu, szuu napisał:

a to nie jest tak, że przy naprawdę dużych energiach fragment pancerza zmienia stan skupienia na gazowy?

Mówimy chyba o ruchu w bardzo rozrzedzonym, ale jednak niebędącym doskonałą próżnią, ośrodku - czyli o "kolizjach" z pojedynczymi atomami/cząsteczkami gazu i pomijamy kolizje z makroskopowymi pyłkami itp. Bez jakichś aktywnych systemów pozwalających uniknąć takich zderzeń z pyłem (nie wiem - magnetycznych czy elektrostatycznych "tarcz ochronnych") to za daleko nie polecimy - energia kinetyczna ziarenka pyłu ważącego mikrogram, poruszającego się z prędkością bliską c, wychodzi w gigadżulach - co odpowiada wybuchowi dziesiątek ton trotylu.

Po prostu nie można sobie pozwolić na jakiekolwiek zderzenie podczas lotu z taką prędkością.

[ZbyT]

51 minut temu, Krzysztof z Bagien napisał:

Wracając do tematu rozgrzewania - jeśli dobrze się to rozwiąże konstrukcyjnie (odpowiednia geometria, materiały, pola magnetyczne/elektryczne itp., ewentualne aktywne chłodzenie), to transfer energii z zewnętrznych warstw naszej osłony termicznej do rakiety może być zerowy. Trochę na podobnej zasadzie, jak działają współczesne osłony termiczne służące do ochrony statku podczas wejścia w atmosferę.

 

nawet lepiej bo osłony mogą być daleko od samego statku np. kilometr przed nim. Mogą wtedy być bardzo gorące i w żaden sposób nie szkodzić załodze i pojazdowi

co więcej to mogą być źródłem energii dla statku, a więc można te kolizje użyć z pożytkiem dla załogi

 

pozdrawiam

[MateuszW]

34 minuty temu, ZbyT napisał:

co więcej to mogą być źródłem energii dla statku, a więc można te kolizje użyć z pożytkiem dla załogi

Ja bym na to spojrzał odwrotnie - te kolizje są stratami podczas lotu, czyli cała energia takiego zderzenia to tyle zmarnowanej energii, której używamy do rozpędzania naszego statku. To tak, jakbyśmy podczas jazdy mieli lekko wciśnięty hamulec. Możemy tą zmarnowaną energię spróbować częściowo odzyskać, podobnie jak samochód hybrydowy odzyskuje energię z hamowania, tak my tutaj moglibyśmy z tego ciepła wytwarzać np prąd. Ważne jest jednak postawienie nacisku na to, że energia ze zderzeń podczas takiego lotu to nie jest dodatkowe źródło energii, które możemy wykorzystać, tylko straty, które można spróbować zminimalizować.

(oczywiście mogę gadać bzdury, bo teoria względności zawsze wymyśli coś dziwnego  ).

[dobrychemik]

Zbierane po drodze atomy tylko wtedy by mogły dawać dodatni bilans energetyczny, gdyby była możliwość ich w pełni kontrolowanej anihilacji. Ale nawet jeśli to by było niemożliwe to i tak lepiej próbować w jakikolwiek sposób je wykorzystać, skoro i tak są nieuniknione.

[ZbyT]

łączna masa tych cząstek będzie niewielka w porównaniu z masą statku wiec i efekt hamujący też. Za to przekształcenie ich masy w ciepło będzie bardzo dobrym źródłem energii o wydajności znacznie lepszej niż inne znane źródła energii i to całkowicie za darmo bo nie mamy na nie wpływu. Tu jednak będzie potrzebny pewien kompromis między wydajnością grzania wymuszoną odpowiednią konstrukcją, a wytrzymałością mechaniczną osłony

 

pozdrawiam

[WielkiAtraktor]

Opór ośrodka międzygwiazdowego i możliwe środki zaradcze przedyskutowano również w tym wątku: https://astropolis.pl/topic/39498-bariery-fizyczne-biologiczne-i-personalne-astronautyki-przyszłości/

 

[ekolog]

Tak, i w odniesieniu do ciekawego (i cieszącego nadzieją) pomysłu @ZbyT dodam kilka uwag.

Postulat kilkukilometrowych osłon celem odprowadzania ciepła zanim astronauci się przegrzeją opisali kilka lat temu znani fizycy

- artykuł przeszedł bez znanych krytyk (wtedy) i był link w obszarze forum ale niestety przepadł. Parę osób to widziało n.p. Szuu.

 

Pomysł Zbyszka by tarcza była odsunięta daleko do przodu (zapewne podparta jakimś rusztowaniem lub inaczej odseparowana) może jest i dobry o ile

 

1. Tarcza zdąży odprowadzać ciepło tak szybko by się nie stopiła i nie rozpłynęła.

 

2. Rozwiąże się jakoś problem późniejszego wyhamowania rakiety (tarcza tego nie załatwia)

Chyba że wysyłamy rakietę bez ludzi tylko na rekonesans naukowy "w przelocie".

 

Wątpliwości budzi też brak odwiedzin kosmitów.  Nie tyle w naszych czasach co kiedykolwiek w przeszłości. Nie ma ich baz ani nie rządzą tutaj.

Gdyby latanie istot żywych z prędkościami bliskimi światła było wykonalne to galaktykę kolonizowałyby różne cywilizacje.

 

Siema

EDIT:

Wspomnę, dla tych co się tu zasmucą, że gwiazdy i układy planetarne dryfują względem siebie (około 20 km/sek)

i co jakiś czas (około 100 mln lat - obliczenia podałem kiedyś w innym watku) do naszego układu musi zbliżać się inny

na odległość zaledwie miesiąca świetlnego. Wystarczy poczekać

Edytowane 30 Stycznia 2021 przez ekolog

[dobrychemik]

1 minutę temu, ekolog napisał:

Wątpliwości budzi też brak odwiedzin kosmitów.  Nie tyle w naszych czasach co kiedykolwiek w przeszłości. Nie ma ich baz ani nie rządzą tutaj.

Gdyby latanie istot żywych z prędkościami bliskimi światła było wykonalne to galaktykę kolonizowałyby różne cywilizacje.

 

 

Twierdzę, że o wiele bardziej prawdopodobne jest opanowanie techniki lotów międzygwiezdnych nawet przez jedną cywilizację techniczną niż powstanie cywilizacji technicznej na planecie tętniącej życiem. Kiedyś już o tym był a tu rozmowa, więc nie będę powtarzał argumentacji.

[sp3uca]

Sytuacja wyglądała na beznadziejną. Nie nadążano ze sprzątaniem miast. W 1894 r. londyński „Times" prognozował, że do 1950 r. każda większa ulica w stolicy Wielkiej Brytanii zostanie przykryta trzema metrami końskiego łajna. W Nowym Jorku przewidywano, że już w 1930 r. nawóz sięgnie drugiego piętra domów na Manhattanie. Podczas wspomnianej konferencji zastanawiano się, jak do tego nie dopuścić. Niestety, rozwiązania nie znaleziono. Spotkanie zaplanowane na 10 dni skończyło się już trzeciego.

 

 

Mniej więcej takie gdybanie w temacie.

 

A.