Космический двигатель о котором не говорят, но он уже создан

[Rendom]

Вот объясните мне, почему я нигде не встречаю упоминания о возможности использования конструкции по типу БАКа (Большого адронного коллайдера) в качестве двигателя для космических путешествий?
На мой взгляд это на столько очевидная вещь, но почему-то нигде об этом не упоминается, а между тем это, на мой взгляд, решает основные проблемы космических двигателей - конечный запас рабочего тела.

Что я имею ввиду:
Первое:
На сколько я понимаю, в БАКе ядра атомов разгоняются до около-световых скоростей, а при дальнейшей накачке их энергией, их скорость перестает возрастать, но при этом возрастает масса частиц. Так вот, почему бы вместо столкновения пучков разогнанных частиц их не выпускать наружу, при этом получая ускоряющий импульс? Как я понял, просматривая информационные видео об БАКе, на данный момент времени частицы увеличиваются в массе в 7000 раз, а в космосе, я думаю можно пучки накачивать еще больше, и таким образом превратить 1кг рабочего тела в 10000 кг или еще больше.

Второе:
Если идея с разгоном и увеличением массы верна, а космическое пространство хоть и пустое, но не абсолютно же, а значит в нем можно отлавливать какие-то частицы во время полета и, разгоняя их в двигателе-БАКе, увеличивая их массу в тысячи раз использовать как рабочее тело.

Третье:
В принципе такой "двигатель-БАК" можно использовать даже для корректировки скорости вращения планеты, или я не прав?

[sergey zhukov]

Rendom
Про ионные двигатели слышали? Это примерно то и есть, только они маломощные.

Вы этот БАК видели? Как себе представляете его вывод в космос? Хорошо, конечно, использовать в качестве реактивной струи протоны, ускоренные до энергий БАК-а (или, еще лучше, использовать фотоны). Но как это технически будет выглядеть?

Насчет корректировки скорости вращения планеты - теоретически-то мы это можем. Вопрос в величине эффекта. Можете, используя формулу для релятивистского импульса, подсчитать, чего можно ожидать от БАК-а в этой задаче. Я так думаю, что эффект практически нулевой. Давление солнечного света на поверхность Земли, вероятно, больше.

[DimaM]

Интересно прикинуть суммарный импульс частиц в LHC в килограммометрах на секунду

[Rendom]

sergey zhukov
Видел конечно, можно его в космосе сразу строить, как МКС, по кусочкам. Но и в космосе я думаю у БАКа конструкция может быть по проще, там уже вакуум, который не надо создавать и поддерживать. Просто есть идеи вплоть до ВАРП-двигателей, там конструкция, я думаю, будет посложнее )
Да и с охлаждением сверхпроводников в космосе может быть попроще.

Да и сферы дайсона вспомните, их вон даже ищут в космосе - как следы цивилизаций, а вы говорите про технические сложности строительства БАКа на орбите )

Я говори о теоритически-решаемой проблеме с ускорением космического корабля до скоростей близких к скорости света и о проблеме конечного запаса рабочего тела.
Эйнштейн сказал, что $E=mc^2$, а значит если есть энергия, то проблем с массой быть не должно )

[sergey zhukov]

Rendom
В общем, работают на самом деле в этом направлении. Т.е. принцип ускорения заряженных частиц электромагнитным полем в реактивном двигателестроении используется. Ничего теоретически невозможного здесь нет. Даже про фотонные двигатели (предел того, что вообще можно получить) не забывают.

[Rendom]

sergey zhukov
Но во всех сегодняшних работах речь идет о процентах о скорости света, ну может о десятках процентах, и нигде не упоминается о возможности накачки массы с помощью энергии и возможности использования космических частиц в качестве рабочего тела.

Вот например видео: https://www.youtube.com/watch?v=5KzjAsn1A7w
В нем говорится о "плазменном двигателе", как об одном их самых перспективных в плане скорости полета (до 30% CC), но при этом говорится что плазма разгонятся до 7% скорости света, и о необходимости оставить запас топлива для торможения.

[Ende]

Тема перемещена из форума «Физика» в форум «Карантин»
по следующим причинам:
- неправильно набраны формулы (краткие инструкции: «Краткий FAQ по тегу [math]» и видеоролик Как записывать формулы).

Исправьте все Ваши ошибки и сообщите об этом в теме Сообщение в карантине исправлено.
Настоятельно рекомендуется ознакомиться с темами Что такое карантин и что нужно делать, чтобы там оказаться и Правила научного форума.

[Ende]

Тема перемещена из форума «Карантин» в форум «Механика и Техника»
Причина переноса: не указана.

[Geen]

Rendom в сообщении #1612548 писал(а):

Видел конечно, можно его в космосе сразу строить, как МКС, по кусочкам.

Ну и сколько весит БАК? И сколько весят электростанции, которые обеспечивают его работу?

Rendom в сообщении #1612548 писал(а):

там уже вакуум, который не надо создавать

Что Вы называете вакуумом и что называют вакуумом инженеры БАКа?

Rendom в сообщении #1612548 писал(а):

Да и с охлаждением сверхпроводников в космосе может быть попроще.

С чего Вы решили, что проще? Вы про устройство недавно запущенного космического телескопа в курсе?

Продемонстрируйте свою заинтересованность в теме - найдите ответы на эти вопросы.

[wrest]

DimaM в сообщении #1612545 писал(а):

Интересно прикинуть суммарный импульс частиц в LHC в килограммометрах на секунду

Мне кажется, что мне попадалось: что-то вроде как у средней руки самолёта-истребителя.

-- 05.10.2023, 17:50 --

Rendom
Есть такой нюанс в этом деле... Если двигатель выбрасывает массу (реактивную струю) на слишком большой скорости, то энергия расходуется на импульс выброшенной массы, а на увеличение импульса ракеты расходуется меньше энергии чем хотелось бы (плохой КПД). Поэтому увеличение скорости истечения -- это хорошо до некоторого предела. Грубо говоря, энергетически лучше всего, когда у выброшенной массы будет нулевой импульс, тогда вся энергия пойдет на увеличение импульса ракеты.
Ну то есть например: если у вас есть автомобиль и в нём лампа мощностью в киловатт (и весь этот киловатт улетает в виде сфокусированного луча света) , и есть электромотор мощностью в киловатт, то мотор будет разгонять автомобиль куда задорней, чем лампа.

[sergey zhukov]

Rendom
Вот про "накачку массы при помощи энергии" вы и в самом деле нигде не прочитаете. Это не удачная идея, как вам кажется, а просто ошибочное представление. Если у нас есть масса/энергия $m$, и мы хотим получить с нее максимальный реактивный импульс, то самое эффективное - это не "накачивать массу" одной ее части при помощи энергии, полученной из другой, а превратить всю $m$ в излучение. Никакой выгоды от того, что частицы при разгоне становятся "тяжелее" получить нельзя, все это сплошное недоразумение.

Представление о том, что масса частицы растет со скоростью, вообще неправильное. Чтобы это проще понять, представьте себе, что под скоростью частицы мы (допустим это здесь) будем понимать ее скорость по ее единицам длины (сколько собственных "корпусов" проходит частица за секунду). Назовем это "корпусная скорость" частицы. Известно, что продольная длина движущегося тела сокращается. Тогда "корпусная" скорость частицы равна $\frac{u}{\sqrt{1-\frac{u^2}{c^2}}}$ и при разгоне частицы ведет себя по ньютоновски - растет до бесконечности (здесь $u$ - скорость частицы в общепринятом смысле). Импульс частицы пропорционален "корпусной" скорости, т.е. модуль импульса $p=m \frac{u}{\sqrt{1-\frac{u^2}{c^2}}}$ тоже растет до бесконечности. Т.е. разгон частицы постоянной массы $m$ в релятивистской механике - это то же самое, что разгон частицы постоянной массы $m$ в ньютоновской механике, если под скоростью и там и там понимать "корпусную" скорость. Масса же частицы всегда остается просто постоянной.

Так что идея о том, что можно как-то особо эффективно использовать запас реактивной массы за счет того, что она станет "тяжелее" при разгоне - это все равно, что сказать, что всегда можно использовать массу еще эффективнее, просто увеличив ее "корпусную" скорость еще больше.

Использовать в качестве реактивного вещества (или даже топлива) вещество окружающего пространства можно. Но это, как вы понимаете, именно из разряда "теоретически возможно". Т.е. почему бы и нет, но как все это технически будет выглядеть - темное дело.

[zykov]

Rendom в сообщении #1612543 писал(а):

на мой взгляд, решает основные проблемы космических двигателей - конечный запас рабочего тела

Ошибочный взгляд.
Просто заменили конечный запас рабочего тела на конечный запас энергии.

Как уже писали, если уже есть энергия, то выгоднее вообще не использовать рабочее тело, и излучать свет.
Будет фотонный двигатель.

А ещё есть фотонный парус. Тут ни рабочее тело не нужно, ни энергия.
Но нужно чтобы было излучение. Т.е. работать будет только около звезды.

[EUgeneUS]

Rendom
У Вас проскочила в голове, в общем-то, разумная мысль.
Однако,
1. Вы не додумали её до конца. Поэтому дальнейшие Ваши представления оказываются ошибочными (например, зачем-то зациклились на разгон пучка в БАК)
2. Вы не поинтересовались, думал ли эту мысль кто-то другой. И до куда додумали. Может быть уже и до реальных конструкций.

Когда же Вам пытаются восполнить эти пробелы, Вы оставаясь в плену иллюзий, вместо восприятия информации, пытаетесь зачем-то спорить.

Вот Вам вопрос, так сказать на понимание:
Пусть мы хотим передать ракете импульс $P$, и при этом минимизируем энергию $E$, которую уносит рабочее тело.
$P=mv$, $E=\frac{mv^2}{2}$
$\frac{P}{E} = \frac{2}{v}$
Отсюда видно, что чем меньше скорость, которую приобретает рабочее тело, тем меньше энергии затрачивается для передаче ракете того же самого импульса. В пределе $v \to 0$, рабочее тело вообще не уносит с собой энергии.
Внимание вопрос: почему же в ракетных двигателях стараются увеличить скорость истечения рабочего тела, а не уменьшить?

[Geen]

DimaM в сообщении #1612545 писал(а):

Интересно прикинуть суммарный импульс частиц в LHC в килограммометрах на секунду

$2808$ сгустков по $10^{11}$ протонов с энергией $6.8\ TeV=10^{-6}\ J$, что даёт полную энергию одного пучка $3\cdot 10^8\ J$. Поделить на $c$ и будет одна какая-то там единица СИ.

[Rendom]

Спасибо за комментарии! Теперь я точно знаю, что я ничего не знаю! )