Trololo goes Metal!
https://www.youtube.com/watch?v=oz-R9KUMUN0

(sry, ale přišlo mi to tak nějak trefný)

BROUKOID: tak simulace jsou taky cool, ale tady se bavíš spíš o tom, jaké fyzikální zákony naprogramuješ do toho svého simulačního enginu :-)

V zásadě ti budu oponovat, že spíš než simulace je to prostě potřeba vyzkoušet (což se snad teda brzo stane, poletí to na nějakém australskému cubesatu v roce 2022).

K tomu ostatnímu se ani nebudu vyjadřovat: tady se bavíme o něčem, co jsem nevymyslel já, a co pokud funguje, tak právě naprosto jasně z těch opravdu hodně základních zákonitostí vyplývá, že je to super. Spíš to může narazit na nějaký reálný limity, typu že vyroba těch iontů tímhle svářečkovým způsobem povede k příliš velkému opotřebení, nebo že spotřeba eneregie bude neúnosná, pulsy moc daleko od sebe, životnost systému malá, apod. Ale samotná věc, že napíšu "větší výtoková rychlost je vždycky výhodou" a začnou všichni vykládat, že to by se muselo nasimulovat, a že lehčí ionty budou horší než těžší (zase na urychlení lehčího iontu spotřebuju míň energie, ne?), apod. - tohle je fakt blbost.

Větší výtoková rychlost je v raketové vědě vždycky dobře, je to absolutní matematické dobro. Samozřejmě kolem všeho je spousta "ale", ale v tomhle případě není odpovědí simulace. Ten princip je "yet to be demonstrated" v kosmu... není "yet to be simulated" :-)

CYBERWOLF: no hele já ten jen říkám, že ten tah až tak zajímavý není. Ten má vliv jenom na zrychlení. Samozřejmě, pokud postavíš motor s nižším tahem, pro udržení stejného zrychlení musíš celý satelit odlehčit, to je jasné. Můžeš ho ale odlehčit právě o reakční hmotu, protože při vyšší výtokové rychlosti jí pro stejné delta-V spotřebuješ méně :-) A protože ten poměr spotřebované (reakční) hmoty k suché hmotě je pod logaritmem, tak ve skutečnosti, mít 2.8x větší výtokovou rychlost je sakra zajímavé, protože ostatně e^2.8 je ~16, takže to, kolik ušetříš reakční hmoty je sakra zajímavé. Pokud by iontové motory skutečně dosáhly takovéhohle skoku, tak je to skoro stejně velký skok, jako byl skok od raketových motorů k iontovým (ty jednoduše rečeno umožňují podívat se do míst, kam by to s raketovým motorem nešlo bůď_vůbec_, nebo jen po naprosto exotických trajektoriích). Jednoduše to není trochu nějaká optimalizace: je to tak zásadní, že některé mise jsou bez toho no go.

U zcela klasické mechaniky je ti jasné, že když chceš mezi dvěma body cestovat rychleji, tak začíná hrát roli kinetická energie, kterou rychle cestujícímu tělesu musíš předat, a při brždění jí zase disipovat. No a reaktivní pohon je úplně to samé, jako klasická mechanika, akorát je naruby - tvoje kinetická energe se rovná kinetické energii reakční hmoty, kterou odhazuješ. To znamená, že výtoková rychlost prostě hraje roli sama o sobě, stejně tak je dané, že tě stojí víc energie (paradoxně: cestovat pomaleji tě u reaktivního pohonu stojí více energie, ale méně hmoty, a můžeš po přechodu k relativistickým rychlostem dospět až k fotonové raketě, kterou by poháněla čirá energie)

Mám sice rád úlety směrem k možné "nové fyzice", které ale shromažďuju do klubu, který je k tomu určený. Tyhle věci o kterých tu mluvíme jsou ale naprostý prazáklad, na kterém je shoda, žádné alternativní teorie.

CYBERWOLF: nemusíš říkat nic. Ale co mám říkat já, když jako obvykle na NYXu za publikování prostého faktu (byť možná neobratně až neurvale formlovaného) dostanu tři minusky? Prostě pokud o těch číslech nekecají, tak ano... je to revoluční pohon a to pulsování je skvělý nápad.

CYBERWOLF:
CYBERWOLF: kecáš blbosti, protože se neabvíme o tahu - všechny iontové motory mají mizivý tah a musí tedy působit po velmi dlouhou dobu, to tady předpokládám všichni víme. Bavíme se o delta-V, což je velmi zajímavý parametr, protože prostě jasně určuje, jestli doletíš jen z LEO na GEO, což je teda už blízké TLI, nebo jestli jsi schopen TMI (což by mělo zajímat hlavně všecny kolonizátory Marsu, že ano)

Ale ok, chtěl si dosazení, tak ho máš mít: typické iontové motory mají výtokovou rychlost 20–50 km/s. Neuman thruster slibuje až 140 km/s. Je pravda, že lehčí ionty by mohly způsobovat, že budeš potřebovat větší množství reakční hmoty - ale u iontových motorů většinou hmotnost reakční hmoty představuje zlomek počáteční hmotnosti, to znamená, že na tu část vzorečku co v Ciolkovského rovnici uvnitř přirozeného logaritmu to bude mít zanedbatelný vliv. Lišit se bude spíš doba, za kterou požadované delta-v dosáhneš. Ale pointa je, že se stejnou počáteční hmotností (a to je to, co se počítá, protože je to limitované nosností rakety) dosáhneš lepší delta-V, i když samozřejmě cílová prázdná hmotnost ti zbyde malá. Ale to je úplně jedno - protože s tou nižší výtokovou rychlostí takové delta-V nedosáneš VŮBEC, i kdyby si spotřeboval všechny počáteční hmotnost jako reakční hmotu...

Když chceš dosazovat, můžeš dosazovat např. srovnání delta-V, které vyžadují trajektorie.

Podle tohohle např. GTO má delta-V 2440 - dnes se nelétá přímo z LEO, ale manévr pomocí iontových motorů z LEO na GTO a dále GEO si představit lze. Mars transfer je o 1833 víc, tedy celkem 4273. Pokud srovnáš výtokové rychlosti konvenčního a neumannova iontového motoru, je to 2.8x víc. 2.8x2440 je ovšem 6832. S o tolik vyšší výtokovou rychlostí najednou ten samý satelit, který by se s konvečním iontovým motorem při stejné hmotnosti reakční hmoty dovlekl na GTO, může najednou letět naprosto kamkoliv po sluneční soustavě. (A s tahem to kupodivu skoro vůbec nesouvisí.... s tím souvisí pouze doba přeletu, samozřejmě by bylo nepraktické, kdyby vyšel tak malý, že to poletí desítky let)

Není fakt žádná raketová věda počítat pouze s písmenky místo dosazování konkrétních čísel. Já měl za to, že se to učí v podstatě už na základce, nejpozději na střední. Ale pokud trváš na dosazení, tak podle mě jsem ti předvedl konkrétní příklad.

CYBERWOLF: no, lidové se tomu "kouknu a vidím" trojčlenka, ale tohle není ani to :-) je to zákon akce a reakce. 2x taková výtoková rychlost znamená skutečně 2x takové množství reakční hmoty za jednotku času, není tam už nic složitějšího. Ta složitost se týká jen toho, že potřeba reakční hmoty pro větší delta-V roste exponenciálně (proto je tam ten přirozený logaritmus), jenže suchou hmotnost ani množství reakční hmoty neznáme, tak proto se ptám, co sakra kam chceš dosazovat...

Vím, že tím tady spoustu lidí štvu, ale ono inženýrství není nutně za každou cenu jen o dosazování do vzorečků. Základní princip je ty vzorečky chápat, tzn. vědět jestli změna nějaké hodnoty na dvojnásobek změní jinou taky na dvojnásobek, nebo na čtynásobek nebo jestli je to daleko složitější. A některé věci fakt jednoduché jsou - občas prostě "víc znamená víc".

Třeba fascinující věc na blbých Newtonových gravitačních zákonech je ta, že ten druhá mocnina vzdálenosti tam znamená to, že gravitační působení toho stejného tělesa v různé vzdálenosti pociťuješ přesně v poměru toho, jak velký kus oblohy (kosmického horizontu) to těleso vlastně zakryje. Sice tenhle konkrétní fakt nikdy nikdo nedokázal použít k formulaci jakékoliv použitelné teorie gravitace, ale ta lineární závislost na tom, jak moc ti ten který kotouč "zaclání ve výhledu", je fascinující.

CYBERWOLF: dobře, ale jediné číslo, které v tomhle případě máme je jenom "tenhle iontový motor má vyšší výtokovou rychlost, než motory konvenční". Tak co chceš proboha dosazovat? Vždyť se na tu rovnici podívej... n-krát vyšší výtoková rychlost bez změny ostatních parametrů znamená n-krát vyšší delta-V. To máte fakt všichni průmyslovku a neumíte počítat s písmenky místo čísel? :-)

ONDRA_99:
CYBERWOLF: no tak především nevím, proč vyžadujete přesné počítání s nepřesnými čísly. Přece většinu parametrů, typu suchá hmutnost, apod. vůbec neznáme. Na co se ptáme je v podstatě "co se stane, když tenhle konkrétní parametr bude n-násobný?"

Ciolkovského rovnice není žádná raketová věda (pun intended)
Ciolkovského rovnice – Wikipedie
https://cs.wikipedia.org/wiki/Ciolkovsk%C3%A9ho_rovnice

Pokud zdvojnásobíme výtokovou rychlost, tak při stejném množství reakční hmoty (spotřebovaný xenon u konvenčního iontového motoru, spotřebovaný katodový drát u svářečkového iontového motoru) bude delta v taky dvojnásobné (až takhle jednoduché to je). Jediné, co by nás mohlo zastavit, že by suchá hmotnost byla větší kvůli větší hmotnost toho pulsujícího elektrického zdroje oproti zdroji konvečního iontového motoru... jenže ciolkovského rovnice anii nezohledňuje, jakým mechanismem reakční hmotu urychlujeme: zohledňuje prostě jen kolik reakční hmoty ubude a jak rychle jí dokážeme odhazovat

Takže fakt nevím, co tu řešíte, je to fakt až tak jednoduché, jak jsem to napsal. Výkon potřebný pro dosažení výtokové rychlosti rovnice nezohledňuje, ale zohledňuje ho zákadní vzorec pro kinetickou energii: pro dvojnásobnou rychlost budeme potřebovat 4-krát/2 tolik energie - tzn. 2, pro trojnásobnout 9-krát/2 tedy 4.5-krát, a ta energie samozřejmě předpokládá pro konečnou dobu trvání manévru nějaký minimální výkon. Ale současně pokud ten větší výkon uvolňujeme v podobě krátkých pulsů - což je asi pointa toho Neumanova drivu - tak trvalý příkon může být pořád stejný a akorát manévr potrvá déle, ale na konci bude delta-V větší (u iontových motorů jsme ale na dlouhé manévry celkem zvyklí)

Tak např. pro 2x větší výtokovou rychlost stačí se stejným příkonem (např. stejné solární panely) pouze udržet rytmus, kdy motor je půlku času pod příkonem a půlku ne (je to hodně zjednodušené, ale dejme tomu, půlku času nabíjíme kondenzátor a pak půlku času vyrábíme tu plasmu a urychlujeme ji, i když to je hrubé zjednodušení). Výsledné delta-V, tedy za předpokladu 2x takové doby manévru (doby trvání stálého příkonu), bude taky dvojnásobné - a to při stejné počáteční i konečné hmotnosti urychlovaného tělesa.

Je to geniální a divím se, že to někoho nenapadlo dřív (třeba mě, sakra). Navíc pulsy iontového motoru pořád vytváří tak nízký tah (i při té vysoké únikové rychosti), že ty pulsy nezpůsobí žádné akustické vibrace, nebo tak něco. Škálovatelnost pro cubesaty je geniální, konstatní je hmotnost toho kondenzátoru a motoru, ale solární panel lze zmenšit na polovinu a prodloužit dobu mezi pulsy na dvojnásobek, a nestane se pořád skoro nic. Nebo jinak, pokud to použijeme na pohon sondy s RTG generátor, tak postupný pokles výkonu v souvislosti s poločasem rozpadu bude znamenat jen delší interval mezi pulsy - ale motor bude pořád schopný vytvářet tah..