Магнитный парус/парашют

[alex_semenov]

2) Почему "ню" (коэффициент сцепления) принято именно за 0,01? Насколько я понял, этот показатель может менять параметры движения паруса на порядки.

2) Взято с потолка. Не имею понятия, какое может быть реальное значение, но интуиция подсказывает, что небольшое.

Насколько я понимаю, это по-сути коэффициент лобового сопротивления. Типа аэродинамического.



Кстати, а почему он действительно может быть таким низким?
Очень важный вопрос, вот в каком смысле.

Если его нельзя поднять до 0.1-0.6, тогда надо забыть о концепции разгона токовой петли в потоке частиц.При  "ню" в 1%, не может быть и речи так расточительно тратить энергию потока частиц.

Это было бы крайне неприятно!
Тогда остается только световой парус.

Но в случае торможения такой низкий коэффициент сцепленности не принципиален. Хотя и неприятен.

[Fortunatus_]

Еще остался для меня мутным пассаж с расчетом напряженности в токовом кольце.
Не могли бы разъяснить поподробней?

Про механические напряжения можно забыть, они получаются очень низкие.

[AlexAV]

Про механические напряжения можно забыть, они получаются очень низкие.

Да вот совсем нет. Особенно для больших колец. Сила Ампера, разрывающая кольцо, при больших токах будет совсем не малой.

[ВадимZero]

Тогда остается только световой парус.

Есть вариант с электростатическим парусом.

[alex_semenov]

Есть вариант с электростатическим парусом.

Даже если это и вариант, то почему у электростатического паруса коэффициент сцепленности должен быть лучше чем у магнитного?

[Fortunatus_]

Сила Ампера, разрывающая кольцо, при больших токах будет совсем не малой.

А большого тока не будет, он бы разрушил состояние сверхпроводимости. Посмотрите формулы в моей статье. Мех. напряжение получается порядка 1 Па при подстановке характерных значений плотности тока.

[alex_semenov]

Кстати, если ток бежит по поверхности сверхпроводника, то глупо делать провод одним сплошным проводом диаметром d. Сам бог велел сделать его многожильным.
Тогда пропускная способность проводника резко возрастет.

[AlexAV]

А большого тока не будет, он бы разрушил состояние сверхпроводимости. Посмотрите формулы в моей статье. Мех. напряжение получается порядка 1 Па при подстановке характерных значений плотности тока.

Силу вы считаете весьма странным и похоже неверным образом. 

Ток в большом кольце малым быть не может, иначе не создаст достаточного поля в кольце для отклонения потока плазмы, она его просто продавит его.

P.S. Позже распишу подробнее.

[alex_semenov]

А большого тока не будет, он бы разрушил состояние сверхпроводимости. Посмотрите формулы в моей статье. Мех. напряжение получается порядка 1 Па при подстановке характерных значений плотности тока.

То есть... получается что добиться и высоких токов тоже не получится? Сверхпроводимость просто разрушится?
 Гм...
Надо сесть и поиграть с вашей моделью количественно...
Вы высчитали тягу на том и остановились. А оценить дистанцию и время торможения от v0 до какого-нибудь v=1000-300 км/с? Хотя бы просто голой петли, без ПН. Возможно со всеми нюансами и ограничениями концепция вообще ничего не стоит?
Обидно было бы, конечно...

Еще нюанс. Плотность межзвездной среды - это одно. Но в ней надо учитывать лишь долю ионов. Нейтральные атомы, как я понимаю, для паруса невидимы.

Вообще говоря, тут возможен такой эффект как ударная ионизация… Но как ее оценить, если она имеет место?
Кстати сама эта ионизация тоже должна забирать энергию парашюта. Механизм мне не очевиден, но так должно происходить просто из закона сохранения энергии.

[Skipper]

Еще нюанс. Плотность межзвездной среды - это одно. Но в ней надо учитывать лишь долю ионов. Нейтральные атомы, как я понимаю, для паруса невидимы.

Вообще говоря, тут возможен такой эффект как ударная ионизация… Но как ее оценить, если она имеет место?
Кстати сама эта ионизация тоже должна забирать энергию парашюта. Механизм мне не очевиден, но так должно происходить просто из закона сохранения энергии.

Когда-то читал статью, там механизм был описано так.
Межзвездный газ - в основном нейтральный.
Налетающее магнитное поле влияет на нейтральный атом, как МРТ на атомы в мозгу - они (атомы) поворачиваются.
При очень большой взаимной скорости паруса и атома поворот происходит так быстро, что крышу электрон нафиг сносит, и атом ионизируется. Это, насколько я понимаю, и называют ударной ионизацией.
И это есть хорошо! Поскольку на ионизацию тратится кинетическая энергия паруса, то есть происходит торможение.

Энергия ионизации водорода - 13,6 эВ на атом.

[AlexAV]

При очень большой взаимной скорости паруса и атома поворот происходит так быстро, что крышу электрон нафиг сносит, и атом ионизируется. Это, насколько я понимаю, и называют ударной ионизацией.

В данном случае не ударная, а туннельная. Но в интересующем нас диапазоне скоростей и полей этот эффект будет пренебрежимо мал. Нейтральные атомы магнитный парашют будут вообще практически не замечать.  Учитывать надо только заряженные частицы.

[Skipper]

В данном случае не ударная, а туннельная. Но в интересующем нас диапазоне скоростей и полей этот эффект будет пренебрежимо мал. Нейтральные атомы магнитный парашют будут вообще практически не замечать.  Учитывать надо только заряженные частицы.

Почему на форуме отсутствует смайлик, изображающий крайнюю степень стыда (из-за собственного невежества)?

Вот цитата:
The Magsail also makes an excellent
brake for an interstellar spacecraft
traveling at fractions of the speed of light.
A magnetic field moving at relativistic
speeds ionizes the interstellar medium and
then deflects the resulting plasma, creating
drag, which decelerates the spacecraft.

Ссылку в сети найти, увы, не могу.

[Проходящий Кот]

Промт сказал
"Magsail также делает превосходное
тормоз для межзвездного космического корабля
путешествие во фракциях скорости света.
Магнитное поле, перемещающееся в релятивистский
скорости ионизируют межзвездную среду и
тогда отклоняет получающуюся плазму, создавая
бремя, которое замедляет космический корабль.
"

[alex_semenov]

Это все ерунда.
Я попытался найти на вскидку, но не получилось быстро.
Мысль следящая (возможно ошибочная, но запомнилось это так).
Если межзвездный газ плотный (1 атом на см3 и выше) то он как правило нейтральный. Процент ионизированных атомов в нем невысок. Сколько - не смог найти (возможно в разных местах - по разному будум считать что не более 1%).
Если же межзвездный газ разряженный (как в нашей окрестности) подряда 0.01 атом на см3, то он почти весь ионизированный (50% и выше).
Из этого можно сказать, что не важно какая плотность межзвездного облака в котором вы тормозите, для парашюта плотность ионов будет везде примерно одинаковой и составит порядка 0.01 атом на см3. Именно такую плотность среды и надо брать в расчет.
Если не прав - поправляйте!

[Foma]

Если межзвездный газ плотный (1 атом на см3 и выше) то он как правило нейтральный. Процент ионизированных атомов в нем невысок. Сколько - не смог найти (возможно в разных местах - по разному будум считать что не более 1%).
Если же межзвездный газ разряженный (как в нашей окрестности) подряда 0.01 атом на см3, то он почти весь ионизированный (50% и выше).

Степень ионизации газа однозначно определяется из уравнения Саха по заданной температуре и концентрации. Надо считать, но скорее всего при температурах больше 3000-4000 К и концентрациях 0.1 см-3 и ниже газ будет ионизован почти полностью

[Андрей Курилов]

Мысль следящая (возможно ошибочная, но запомнилось это так).
Если межзвездный газ плотный (1 атом на см3 и выше) то он как правило нейтральный. Процент ионизированных атомов в нем невысок. Сколько - не смог найти (возможно в разных местах - по разному будум считать что не более 1%).
Если же межзвездный газ разряженный (как в нашей окрестности) подряда 0.01 атом на см3, то он почти весь ионизированный (50% и выше).
Из этого можно сказать, что не важно какая плотность межзвездного облака в котором вы тормозите, для парашюта плотность ионов будет везде примерно одинаковой и составит порядка 0.01 атом на см3. Именно такую плотность среды и надо брать в расчет.
Если не прав - поправляйте!

Я когда-то приходил к такому же выводу (когда считали эрозию паруса в межзвёздной среде).

[alex_semenov]

Мысль. Техническая.
Насколько я понимаю, магнитный парус или парашют В ПРИНЦИПЕ неуправляемый?
То есть как бы не распологался диполь, все равно мы будем иметь "каплю" плазмы, обтекающей магнитное поле.
Типичный пример - наша Земля в солнечном ветре.



Как неповорачивая ось магнитной петли - это  не изменит ВЕКТОР силы. Она всегда будет совпадать с направлением набегающего потока.
То есть маневны типа галса на таком парусе, парашюте не сделаешь.
Верно я понимаю?

Но иногда было бы полезно поворачивать вектор тяги у такого паруса. Даже не полезно, а просто необходимо (учитывая, что удельная мощность высокоимпульсных ракетных приводов никуда не годится).

Дэнфорд, котрый рассматривал неправильную модель, как раз такой эффект обнаружил.
http://casa.colorado.edu/~danforth/science/magsail/magsail.html



У него нормальная тяга (в бок от набегающего потока) получалась даже сильней чем осевая (аксеальная).
Этому эффекту можно было бы найти массу ценнейших применений. Например коррекция траектории полета межзвездного корабля.
Другая идея, которую я выдвигал - это дотормаживающий звездный травес, эффект от которого куда круче получался (если опиратья на Дэнфорда) чем у эффекта Оберта.

Но модель Денфорда неверна…
Вернее, как я понял AlexAV,  подбный эффект можно рассчитывать получить для маленького паруса.

Зубрин Дэнфорд, на сколько я помню, считает отражение частиц “поштучно”, т.е. без учёта коллективных эффектов (прежде всего экранирования налетающим потоком электронов магнитного поля).

Это верно только для малого паруса.

У плазмы есть такой параметр как толщина скин-слоя:



Если размер парашюта мал с этой величиной – можно считать по Зубрину Дэнфорду. Если больше - уже нет, поток вещества надо уже рассматривать не как независимые частицы, а как плазму (если \lambda >> R, то можно пользоваться гидродинамическим приближением).

Для нашего ближайшего межзвёздного окружения плотность где-то 0,2 см-3, и следовательно толщина скин-слоя около 12 км, 100 км парус по Зубрину Дэнфорду рассматривать уже нельзя.

То есть, если сделать эффективную площадь паруса сделать диаметром 10 км или меньше то можно получить боковую тягу. Но это будет очень небольшая тяга. Так?

А если хочется иметь большую тягу (то есть диаметр паруса в 100 км)?

В связи с этим возникает вот какая мысль.
А ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ парашют?



Тут главая засада - Дебаевская длина, как я понимаю.
Для межзвездного и межпланетного пространства она составляет 10 м. Это значит что тормозить о межзвездную заряженную среду или разгоняться в потоке заряженныого солнечного ветра можно только физически существующей заряженной сеткой с шагом не меньше 10 м (или иной тонкой структурой, например как на рисунке).
И в этом смысле эффективная площадь статического парашюта определяется нашей способностью создать как можно более легкую и большую такую вот крупноячеичистую структуру.
Так?

Кстати, как у статического парашюта оценить  коэффициент сцепления? Тоже порядка 0.01?
Но самое главное. Вектор тяги такого парашюта (или паруса) можно будет отклонять в сторону?

[vika vorobyeva]

Для межзвездного и межпланетного пространства она составляет 10 м. Это значит что тормозить о межзвездную заряженную среду или разгоняться в потоке заряженныого солнечного ветра можно только физически существующей заряженной сеткой с шагом не меньше 10 м (или иной тонкой структурой, например как на рисунке).
Так?

Не больше 10 м.
Считайте, что вокруг каждого заряженного тела плазма образует "шубу" из размазанного заряда противоположного знака, и за пределами этой шубы электростатическое поле спадает экспоненциально. При шаге сетки больше 10 м Ваш парус будет дырявый.

[alex_semenov]

Ваш парус будет дырявый.

То что он дырявый, видно из рисунка выше.
Но если шаг сетки будет 10 м или 5? Я думаю что дырок тогда не будет. Это как с отражающей радиоволны сеткой. Если шаг сетки меньше длины волны - сетка для волны непрозрачная. Тут другой принцип, но эффект должен быть тот же. Нет?

[AlexAV]

Как неповорачивая ось магнитной петли - это  не изменит ВЕКТОР силы. Она всегда будет совпадать с направлением набегающего потока.

Нет. Вектор силы, действующий на обтекаемый потоком плазмы магнитный диполь (в том числе даже если его можно считать точечным) конечно будет зависеть от от его ориентации в пространстве.