Frage:
"Oh-mein-Gott" -Partikelantriebsleistung
SF.
2017-03-01 03:45:33 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Eine der Theorien hinter dem Ursprung des esoterischen oh-my-god-Partikels war, dass es die Erschöpfung eines außerirdischen Raumschiffs ist. Es gibt andere Erklärungen, einige durchaus plausibel, aber lassen Sie uns zum Zweck dieser Frage davon ausgehen, dass diese wahr ist, und versuchen, die Leistung eines solchen Laufwerks zu untersuchen.

Bekannt oder plausibel vermutet:

  • die Teilchenenergie betrug 48J.
  • es war ein Proton. Ruhemasse: $ 1.67 \ cdot 10 ^ {- 27} $ kg
  • bewegte sich extrem nahe an der Lichtgeschwindigkeit. Runden wir die Geschwindigkeit auf $ 3 \ cdot10 ^ 8 $ m / s
  • . Die Quelle befindet sich außerhalb unserer Galaxie, aber nicht sehr weit von ihren Rändern entfernt. Quelle.
  • Massenäquivalent von 48J beträgt $ 5,28 \ cdot 10 ^ {- 16} $ kg (berechnet mit this)

Nun zu meinen Annahmen über das Fahrzeug:

  • es trägt keine eigene Energiequelle für diese Antriebsmasse einer anderen Energiequelle als Antimaterie würde treibende Teilchen so nahe an der Lichtgeschwindigkeit sinnlos machen; Es ist besser, mehr Treibmittel einzupacken und es beispielsweise auf 90% der Lichtgeschwindigkeit zu bringen, anstatt so viele Joule in die Massenäquivalenz der Energie zu pumpen, ohne zusätzliches I sp sub> zu gewinnen.
  • Wenn die Energiequelle Antimaterie wäre, wären Photonen das triviale, optimale Treibmittel. Es macht absolut keinen Sinn, sie in Energie umzuwandeln, um ein Proton anzutreiben, während sie direkt ungefähr die gleiche (minimal bessere) Leistung erbringen können.
  • Es missbraucht die Energie-Massen-Äquivalenz, um ein Proton zu erzeugen große Abgasmasse aus minimaler Treibmittelmenge. Der spezifische Impuls liegt nahe dem absoluten Maximum $ c / g_0 $, aber dank der Verwendung externer Energie erhält er weitaus mehr Abgasmasse als sein Kraftstoffstrom liefern würde, wodurch die Tyrannei der Raketengleichung umgangen wird - für jeden $ 1,67 \ cdot 10 ^ {- 27} $ kg verbrauchter Kraftstoff, $ 5,28 \ cdot 10 ^ {- 16} $ kg Kraftstoff werden ausgestoßen! (Natürlich geht auch ein Massenäquivalent der Energie verloren, aber es wird bald durch die Ernte externer Energie zurückgewonnen!)

    • Nun, ich weiß nicht, was für eine Energiequelle das wäre. Uhoh hat die kosmischen Hintergrundungleichmäßigkeiten auf 1 Mikrowatt pro $ m ^ 2 $ geparkt - aber es könnte eine gestrahlte Energie vom Ursprung des Fahrzeugs sein, es könnte der Glanz der (noch nahen) Galaxie sein, oder andere unbekannte Quelle.

    Unabhängig davon - der Punkt, an dem ich Sie um Hilfe bitte, ist die Entwicklung der neuen, angepassten Raketengleichung für dieses Laufwerk. Angenommen, die Rakete bewegt sich immer noch mit einer Geschwindigkeit, die ziemlich weit von der Lichtgeschwindigkeit entfernt ist (es müssen keine relativistischen Gleichungen angewendet werden). Wie lautet die Gleichung für $ \ Delta v $, bei der sich die Abgasmasse erheblich von der Treibstoffmasse unterscheidet - "erzeugt" / extern bereitgestellt?

    Bonusfrage: Welchen Treibstoffmassenanteil würde eine solche Rakete benötigen, um 0,1 c zu erreichen?

    Diese Gleichung könnte mit Gleichungen für Strahltriebwerke zusammenhängen. In einem Strahltriebwerk ist die Masse des Abgases viel höher als die Masse des Kraftstoffs, der zur Herstellung verbraucht wird. Die zusätzliche Masse, die aus der Ansaugluft kommt, die ausgestoßene Luft wird kontinuierlich durch die Einlässe zurückgewonnen. sub>

    Das ist eine wirklich schöne Frage!
    Einer antworten:
    uhoh
    2017-03-01 07:44:39 UTC
    view on stackexchange narkive permalink

    Die Raketengleichung beginnt mit der Erhaltung des Impulses:

    $$ \ frac {dp} {dt} = m \ frac {\ partielles v} {\ partielles t} + v \ frac {\ partielles m } {\ partielle t} $$

    Bei einer so hohen Energie kann die Restmasse des Protons ignoriert werden - sie ist ungefähr 1E-11 (als $ m_0c ^ 2 $) so groß wie die Energie . Lassen Sie also die zweite Amtszeit fallen.

    $$ \ frac {dp} {dt} \ ungefähr m \ frac {\ partielle v} {\ partielle t} $$

    $$ \ frac {dv} {dt } \ approx \ frac {1} {m} \ frac {dp} {dt} $$

    $$ \ Delta v \ approx \ frac {\ Delta p} {m} $$

    Für ein sehr relativistisches Teilchen:

    $$ p = \ frac {E} {c} $$

    Für $ n_ {omgp} $ oh-my-god Protonen:

    $$ \ Delta p = n_ {omgp} \ frac {E_ {omgp}} {c} $$

    Um eine Rakete der Masse $ m_R $ auf a zu bringen Geschwindigkeit $ 0.1c $ Geschwindigkeit (nicht relativistische Näherung für Rakete):

    $$ 0.1 c = \ frac {n_ {omgp} E_ {omgp}} {m_Rc} $$

    Neuordnung

    $$ n_ {omgp} = \ frac {0.1 m_Rc ^ 2} {E_ {omgp}} $$

    $$ n_ {omgp} = \ frac {0.1 \ times 1,0 kg \ \ times \ text {9E + 16} \ \ text {m} ^ 2 / \ text {s} ^ 2} {48 Joule} = \ text {1,9E + 14 Protonen} $$

    oder ungefähr 30 Mikro-Coulomb oder ungefähr 3E-13 kg Oh-my-God-Protonen pro Kilogramm Rakete.

    Vielen Dank! Und dazwischen ist Wasserstoff der einfachste Weg, Protonen zu speichern, ohne übermäßige Ladung aufzubauen. Nur Elektronenmasse über Kopf.
    Ja, ich denke, diejenigen, die bald beschleunigt werden sollen, werden in einem Speicherring aufbewahrt, wo sie gekühlt, kollimiert und für die endgültige Beschleunigung bereit sind. Natürlich könnten sie als negative H $ {} ^ - $ -Ionen gespeichert werden, was die Extraktion erleichtert. Möglicherweise möchten Sie jedoch überhaupt keine speichern und verwenden nur ein interstellares Proton, wenn Sie auf eines stoßen.
    Nett! Bringt mich zum Nachdenken. . . Was wären die Eigenschaften eines toroidalen magnetischen Einschlusssystems für diese Protonen? Denn wenn wir sie einschränken und zirkulieren lassen und ihre KE jahrelang an eine externe Stromquelle gekettet bauen könnten, dann entkoppeln und ziehen wir sie mit der gespeicherten kinetischen Energie weg. . .
    @Kengineer Die maximale Energie (Impuls) des [LHC] (https://en.m.wikipedia.org/wiki/Large_Hadron_Collider) beträgt ungefähr 6E + 06 MeV (MeV / c) und die omg-Protonen sind 5E + 07 größer, also für Bei einem herkömmlichen Ring müsste man eine Kombination aus Feldstärke und Radius um das Fünfzig-Millionen-fache erhöhen, um Protonen mit diesem [$ B \ rho $] (https://en.m.wikipedia.org/wiki/Rigidity_ (Elektromagnetismus) zu halten )) Dies ist eine Weltgebäude (künstlich) oder Astronomie (natürlich) SE-Situation.
    @uhoh Ja, wenn Sie sie auf diese Geschwindigkeit bringen können, gibt es wenig Grund, Reaktionsmasse zu tragen. Herzlichen Glückwunsch, eine funktionierende Version des Bussard Ramjet! :) :)
    @LorenPechtel Ich habe eine Theorie (die ich wahrscheinlich irgendwo gelesen und dann vergessen habe), dass neue Technologien nie so sehr erfunden werden, wie sie aus SF-Geschichten in alten Taschenbüchern hervorgehen.
    @uhoh: Oh, Scheiße, du gibst mir zu viel Anerkennung! ;-);
    @Kengineer: Ein einzelnes Zyklotron wandelt sehr wenig Energie aus dem Richtungsschub ab, fast alles kommt als * Drehmoment *. Ich muss noch überprüfen, ob zwei Zyklotrons, die die Partikel in entgegengesetzter Drehrichtung ihrer Schleifen antreiben, ausreichen.
    @SF. Ein Ring reicht aus, wenn Sie die gleiche Anzahl von Antiprotonen haben. Bei 3E + 14 MeV / c könnten Sie mit einigen geringfügigen Anpassungen sogar Elektronen anstelle von Antiprotonen verwenden. Aber solange der Schub vom Massenschwerpunkt des Schiffes ausgeht, wäre das Drehmoment Null, oder?
    @uhoh: nein. Die Beschleunigung des Fahrzeugs erfolgt in dem Moment, in dem die Beschleunigungskraft auf das Treibmittel wirkt. Sei es eine elastische Kollision mit Düsen-Seiten, die zwischen Elektroden des Ionenantriebs verläuft oder durch ein elektrisches Feld in einem Zyklotron beschleunigt und / oder durch das Magnetfeld gedreht wird. Das Magnetfeld verursacht nur ein Wackeln / Schwingen als Reaktion auf die Partikel, die Kreise bilden (denken Sie an das umkreisende Baricenter des Schiff-Partikel-Systems). Das elektrische Feld wirkt auf dem gesamten Weg des Partikels - einschließlich - vorwärts -> Drehmoment.
    Das Drehmoment / Spin würde die Energie senken, andernfalls (mit Counterspin, 2. Zyklotron) auf das Wackeln übertragen. Halten Sie den Spin an und lassen Sie das Partikel rückwärts los.
    @SF. Wenn die Partikel das Schiff (im Durchschnitt) entlang einer Achse verlassen, die den Schwerpunkt des Schiffes enthält, gibt es kein Drehmoment und keine Drehung auf / des Schiffes. Wir müssen jetzt aufhören und nicht weiter diskutieren, bis wir uns ein Bild von dem ansehen, wovon wir sprechen. Können wir einen Schiffbau-Stapelaustausch starten?
    Lassen Sie uns [diese Diskussion im Chat fortsetzen] (http://chat.stackexchange.com/rooms/54679/discussion-between-sf-and-uhoh).


    ⓘ
    Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
    Loading...