A A A A Автор Тема: Возможно ли создание фотонной ракеты  (Прочитано 21911 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

странник270

  • Гость
Возможно ли создание фотонной ракеты
Фотоны - это частицы света, они не имеют массу. А раз нет массы - значит нет импульса. Нет импульса - нет движения ракеты. Скажем лазер можно рассматривать, как фотонную ракету одномоментного действия. Но ведь лазер в момент выстрела не движется в противоположную сторону! У лазера вообще нет такого понятия, как отдача.
Если быть точным, то фотоны имеют массу, но ничтожно малую по величине и имеющую значение только в микромире.Теоретические фотонная ракета может двигаться с микроскопической скоростью. Но только теоретически. Получение непрерывного мощного потока фотонов - очень трудоемкий процесс, требующих сложных, тяжелых устройств. Масса устройства, генерирующего поток фотонов, будет заведомо больше тяги этих самых фотонов. Иными словами, КПД фотонного двигателя будет составлять миллионные доли процента.
Жду ваших отзывов.

Оффлайн Иван Иваныч

  • ****
  • Сообщений: 327
  • Благодарностей: 8
  • Нодоело всё. Хочу покоя и воли.
    • Сообщения от Иван Иваныч
Re: Возможно ли создание фотонной ракеты
« Ответ #1 : 22 Дек 2010 [12:11:17] »
странник270
Вы ошибаетесь.
Эффект светового давления на перпятствие давно известен.

А ради интереса - посмотрите хотя бы вот это:
http://rnd.cnews.ru/natur_science/news/top/index_science.shtml?2010/12/06/419020

Это правда новостная статья. Но тем не менее.
Было время и телескопы строил.
Но потом - часть подарил, часть разобрал.
Сейчас - только два бинокля для туристических целей

Оффлайн Птыц

  • *****
  • Сообщений: 786
  • Благодарностей: 8
    • Сообщения от Птыц
Re: Возможно ли создание фотонной ракеты
« Ответ #2 : 22 Дек 2010 [13:46:22] »
странник270,
а зачем вы кроспостите? Здесь и в «астрономия для всех»? Здесь так не принято (пункт 3.2.г. правил).

странник270

  • Гость
Re: Возможно ли создание фотонной ракеты
« Ответ #3 : 22 Дек 2010 [14:20:09] »
Если бы фотоны обладали массой. нас раздавил бы свет от солнца. Да в этом случае любой источник света давил бы на наше тело. Космические аппараты же не сносит давление света от Солнца, даже когда они приближаются к нему! Давление солнечного света вообще не оказывает влияние на траекторию аппаратов. Солнечный ветер - это другое. Это плазма, т.е. поток вещества.
Приведенный опыт доказывает, что фотоны В ПРИНЦИПЕ обладают массой, но эта масса НИЧТОЖНА МАЛА, чтобы использовать ее в фотонной ракете. С большим успехом можно толкать ее руками. Ну для освещения космоса пойдет.

AlAn

  • Гость
Re: Возможно ли создание фотонной ракеты
« Ответ #4 : 22 Дек 2010 [15:12:11] »
Комментарий модератора странник270 замечание за кросспостинг.

Совет. Почитайте про опыты Лебедева, давление света, по возможности поставьте опыт.

Оффлайн Прохожий

  • *****
  • Сообщений: 2 029
  • Благодарностей: 13
  • Галактоходы вперед!
    • Сообщения от Прохожий
Re: Возможно ли создание фотонной ракеты
« Ответ #5 : 22 Дек 2010 [19:50:51] »
Если бы фотоны обладали массой. нас раздавил бы свет от солнца. Да в этом случае любой источник света давил бы на наше тело. Космические аппараты же не сносит давление света от Солнца, даже когда они приближаются к нему! Давление солнечного света вообще не оказывает влияние на траекторию аппаратов. Солнечный ветер - это другое. Это плазма, т.е. поток вещества.
Приведенный опыт доказывает, что фотоны В ПРИНЦИПЕ обладают массой, но эта масса НИЧТОЖНА МАЛА, чтобы использовать ее в фотонной ракете. С большим успехом можно толкать ее руками. Ну для освещения космоса пойдет.

Для "СФЕРЫ ДАЙСОНА" имеем  следующие расчеты:
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,70035.0.html
тоесть толщина крайне мала, возможно даже ниже технического предела......


Оффлайн Okub62

  • *****
  • Сообщений: 24 991
  • Благодарностей: 601
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от Okub62
Re: Возможно ли создание фотонной ракеты
« Ответ #6 : 24 Дек 2010 [01:09:58] »
странник270 замечание за кросспостинг.

Совет. Почитайте про опыты Лебедева, давление света, по возможности поставьте опыт.

В школе проходили. Вспомнил! Крутильные весы с листочками блестящей и зачернённой фольги в вакууме.  :)
С уважением. Олег

vsesvit

  • Гость
Re: Возможно ли создание фотонной ракеты
« Ответ #7 : 25 Дек 2010 [02:44:30] »
странник270 замечание за кросспостинг.

Совет. Почитайте про опыты Лебедева, давление света, по возможности поставьте опыт.

Абсолютно верно!

Оффлайн Okub62

  • *****
  • Сообщений: 24 991
  • Благодарностей: 601
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от Okub62
Re: Возможно ли создание фотонной ракеты
« Ответ #8 : 25 Дек 2010 [10:31:20] »
Остались две маленькие проблемы:
1 Производство и хранение антиматерии
2 Создание зеркала, способного отражать, не разрушаясь, чудовищную энергию аннигиляции
Практически, дело в шляпе.  :)
С уважением. Олег

странник270

  • Гость
Re: Возможно ли создание фотонной ракеты
« Ответ #9 : 27 Дек 2010 [13:52:27] »
Чтобы создать непрерывный мощный поток фотонов, потребуется термоядерный реактор. Но для термоядерного реактора потребуется топливо. Получается следующая картина: мы сжигаем вещество в термоядерном реакторе, вырабатываем фотоны и используем их массу для движения. Причем масса вырабатываемых фотонов будет меньше массы сожженного в реакторе топлива.
Тут мне возражали, что Солнце ежесекундно выбрасывает фотонов на общую массу 4 мегатонны. Получается термоядерный реактор массой с Солнце даст тягу всего в 4 мегатонны. А сколько он топлива будет жрать...

Оффлайн materialist

  • ***
  • Сообщений: 180
  • Благодарностей: 0
    • Сообщения от materialist
Re: Возможно ли создание фотонной ракеты
« Ответ #10 : 25 Янв 2011 [10:05:12] »
Имея термоядерный реактор использовать фотон для движения - это всеравно, что имея слона использовать его дыхание для движения повозки.

Оффлайн Александр Дергаусов

  • ***
  • Сообщений: 181
  • Благодарностей: -2
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от Александр Дергаусов
Re: Возможно ли создание фотонной ракеты
« Ответ #11 : 25 Янв 2011 [15:46:43] »
А сколько потребуется анти вещества что бы разогнать косм корабль весом сто тон до скорости света? :) Весь инет облазил не нашёл ответа кто знает?

Оффлайн alex_semenov

  • *****
  • Сообщений: 11 018
  • Благодарностей: 354
  • Я лгу!
    • Сообщения от alex_semenov
    • Z-механика+
Re: Возможно ли создание фотонной ракеты
« Ответ #12 : 25 Янв 2011 [17:48:58] »
А сколько потребуется анти вещества что бы разогнать косм корабль весом сто тон до скорости света? :) Весь инет облазил не нашёл ответа кто знает?

Бесконечное количество.

Кинетическая энергия тела в релятивистской динамике:



Вместо v подставте  с. У вас корень из 1-1 то есть из 0, это 0 и в итоге mc2 делится на 0. Получаем бесконечность.
« Последнее редактирование: 25 Янв 2011 [17:59:21] от alex_semenov »
Александр Анатольевич Семёнов

Оффлайн alex_semenov

  • *****
  • Сообщений: 11 018
  • Благодарностей: 354
  • Я лгу!
    • Сообщения от alex_semenov
    • Z-механика+
Re: Возможно ли создание фотонной ракеты
« Ответ #13 : 25 Янв 2011 [20:13:08] »
Ну что?
Все вопросы исчезли?
"Эх, молодежь!" (с)
Они только начинаются же!

Ясно, что до скорости света разогнаться нельзя.
Но это и не надо же!
Допустим, вы хотите разогнать корабль до 0.5с
Из вышеприведенной формулы выходит, что 100 тонн на скорости половины света имеет кинетическую энергию в Ek= 1,3923E+21 Дж.
Если бы вся энергии аннигиляции каким-то образом превратилась в кинетическую энергию вашего корабля, то исходя из E=mc 2 вам понадобилось бы превратить в эту энергию массу покоя:
 
m = Ek/c2 = 15470,05384 кг.

Половина этой массы – антиматерия. То есть в идеале вам надо для 100 тонного корабля  всего 7.735 тонн антиматерии.
Но у вас ракета.
Релятивистская формула Циолковского для ракеты:



Где v – скорость ракеты vrel – скорость истечения топлива. Если вы используете классическую фотонную ракету, где энергия антивещества со 100%-й  эффективностью превращается в фотоны (допустим) то vrel=c. Тогда показатель степени упрощается до 1/2 то есть корень квадратный.
Считаем. При v=0.5с

КОРЕНЬ((1+0,5)/(1-0,5)) = 1,732051

То есть на 100 тонн сухой массы фотонной ракеты вам нужно  173.2 тонны фотонного топлива из которого половина 86.6 тонны – антиматерия.
Удивлены?
То есть в  86.6/7.735 ~ 11 раз больше чем при идеальном преобразовании анигиляционной энергии в кинетическую!

Отсюда можно высчитать эффективность фотонного двиЖителя при данной скорости полета (на разных конечных скоростях этот показатель будет разный).

1/11 =0,089319 или  8.9%

Можно добиться лучшего результата?
Можно.
Но.... надо отказаться от идеи фотонного двигателя.
В принципе, ракета как двиЖитель может иметь почти идеальный КПД (0.9999...) если...

Если мгновенная скорость  истечения u' в каждый момент времени разгона t' будет строго равна мгновенной скорости ракеты v' в системе отсчета старта, то с некоторой идеализацией (пренебрегая тепловым движением выхлопа) можно сказать о 100% преобразовании энергии топлива в кинетическую энергию ракеты.
Запас топлива для такой сложной ракеты (с переменной скоростью истечения) считается очень просто.

v1*m1 = v2*m2

Где v1 и m1 – скорость и масса ракеты на старте, а v2, m2 – скорость и масса после отсечки (конец разгона). Да, да это простой "школьный" закон сохранения импульса. Здесь переменность массы "сокращается" с переменностью тяги. Простые рассуждения легко убедят вас, что все так и есть.



Попробуйте за разъяснениями зайти ко мне сюда:

http://go2starss.narod.ru/pub/E013_IZRL.html

Но есть одна загвоздка. Когда v' в начале разгона ~0, скорость истечения тоже неотличима от 0. Тогда отношение массы на старте и массы в конце:

m1/m2=v2/v1  = v2/0 = бесконечность.

Наша идеальная ракета возможна при бесконечной начальной стартовой массе.
Что можно сделать?
Стартовать уже с некоторой скоростью v1 большей чем 0.
Пожертвовать полной идеальностью (ее все равно никогда не достичь).
Скажем, наша конечная скорость 0.5с. Допустим, мы включим наш двигатель переменной тяги тогда, когда скорость ракеты уже будет 0.005с. Тогда отношение начальной и конечной массы будет 1000. И мы на 1/1000 потеряем энергии.
В кинетическую энергию ракеты превратится не 100%, а 99.9%
Обмен стоит свеч.
Представьте. У вас 100 тонная ракета. Вместо того чтобы брать на борт 173.2 фотонного топлива из которого аж 86.6 тонны сверхдорогая антиматерия, вам надо взять на борт всего 7.735 антиматерии плюс еще чуть-чуть (на неидеальность и предварительный разгон до 0,005c) и заправится еще 10 007.735 тоннами инертной материи (скажем замороженным в айсберг водородом) плюс рабочее тело для предварительного разгона всей этой махины до 0.005с.
(это вы сможете в конце посчитать сами)
Но теперь даже на глаз видно что теперь мы расходуем на порядок меньше дорогой антиматерии.
Если вы начинаете экономичный разгон не с 0.005с а скажем с 0.05с то вам надо взять с собой на каждую тонну сухой массы уже всего 10 тонн ракетной массы. То есть при желании вы можете разменивать стартовую массу на антиматерию и обратно в достаточно широком пределе.
Здесь вы – хозяин барин.
Сразу возникает два вопроса.

1 Как подразогнать ракету до начальной скорости?
2 Как сделать двигатель на антиматерии с переменной скоростью истечения (удельным импульсом)?

В фантастической литературе неизвестной русскоговорящему читателю (ну не переводят у нас такую жестко-фантастическую "лабуду") эта идея давно уже решена.
Это знаменитая концепция "Валькирия".
Знаменита она теперь после фильма "Аватар". Ибо один из авторов концепции и консультировал  у Камерона дизайнеров "Звезды удачи". Правда концепция значительно ухудшилась от начального варианта.
О первоначальном концепте анигиляционной "Валькирии" лучше всего читать здесь:

http://www.projectrho.com/rocket/slowerlight.php#Valkyrie_Antimatter_Starship

Опять же (пардон) не по-русски, но можно воспользоваться переводчиком гулга. Переводит вполне сносно.
Ну еще есть тут: http://en.wikipedia.org/wiki/Project_Valkyrie

В чем изюминка?



Обычно все обращают внимание на то  что Пеллигрино и Брукхайген пытаются построить "межзвездный спортивный велосипед" для четверки пассажиров, облегченный "донемогу" так, что там даже нет отдельного отсека для экипажа. Экипаж живет в посадочном модуле. Все восхищаются что там нет никаких силовых рам. Конструкция работает на растяжение. Никакого сжатия нигде... А значит масса  везде - минимальна. В результате авторы уверяют, что могут запихнуть вес пустого корабля в те самые 100 (почти!) тонн!
Но!
Это только начало. Главное именно в экономичном разгоне по выше приведенной схеме (а вот до этого ума многим уже не хватает. Все выше данные ссылки об этом свидетельствуют). Хотя у авторов несколько более завиральные цифры чем у нас (они ведь собираются лететь с куда большей скоростью)  принцип экономичного разгона с переменной тягой - тот же.
Сначала двигатель работает как термоядерный. Для этого делается запас дейтерия и гелия-3. Синтез инициализируется бортовым запасом антиматериии. Кстати, антипротонный катализ термояда - это теперь расхожая идея. А ведь проект появился в 1985-м году. Тогда это была действительно революционный подход!
Допустим, Q =10 (это отношение вложенной в термоядерную плазму энергии к выделившейся). Учитывая, что при синтезе дейтерия и легкого гели выделяется примерно 0.6% энергии покоя, тогда для синтеза 1 кг дейтерия-гелия-3 первая ступень использует 1* 0.006/10 = 0,6 грамм вещества из которых 0.3 грамма – атниматерия-катализатор.
Это конечно идеализация. Но не будем пока о грустном...
То есть пока скорость не достигнет предельной, "Валькирия" разгоняется энергией синтеза, раскходуя мизерное количество антиматерии (десятитысячные от массы основного топлива) и скорость истечения рабочей массы из ее двигателя ПОСТОЯННА.
Но. Достигнув предела (у авторов это 0.1с) режим двигателя меняется.
Во-первых, дейтерий-гелий-3 уже израсходованы. В камеру сгорания теперь подается  чистый водород и усиленный поток антиматерия (антиводород) в определенной пропорции (какой- можете считать сами. Это легко).
Анигилировавшаяся материя НАГРЕВАЕТ водород.
Обратитите особое внимание!
Это в б-СССР из антиматерии до сих пор фотоны делают (как Зенгер и Перельман в 60-х научили так мы и продолжаем вплоть до Бурдакова). В начале 80-х Роберт Форвард убедил американцев что антиматерию надо расходовать рачительней. Вещества подавать БОЛЬШЕ чем антивещества. В результате мы будем анигиляцией разогревать дешевый водород в сверхгорячую плазму и получать какой вам надо удельный импульс.
Зачем нам менять легкие и быстрые фотоны на тяжелые и медленные ионы теперь думаю объяснять не надо. Мало того что ионы можно отражать магнитным полем (действительно идеальным зеркалом), медленные ионы и ЭКОНОМИЧНЕЙ чем фотоны.
Теоретически, регулируя по мере разгона впрыскивание в поток материи нужное количество антивещества, вы можете получить КАКУЮ  ВАМ НАДО скорость истечения. То есть получить ту самую идеальную ракету с переменной тягой, о которой мы говорили выше.
Красиво?

И так.
Я здесь дал все необходимые вам сведения для расчета "Валькирии".
Можно считать.
Разумеется. Идеальной "Валькирии".
Если я вам расскажу какие проблемы реально встают на пути реализации этого идеала, то вы быстро откажетесь от этой идеи. Но не стоит убивать мечту так быстро.
Надо насладиться красотой идеала и почувствовать его мнимую близость к реальности.
Иногда это стоит того!
;)

Но боюсь, что я просто распугал всем этим заумием интересующихся.
Или нет?
Александр Анатольевич Семёнов

Оффлайн alex_semenov

  • *****
  • Сообщений: 11 018
  • Благодарностей: 354
  • Я лгу!
    • Сообщения от alex_semenov
    • Z-механика+
Re: Возможно ли создание фотонной ракеты
« Ответ #14 : 25 Янв 2011 [21:37:03] »
Чувствую испортил я людям кайф...
 :D
Ну да ладно...
"Если по ошибке вы выпили проявитель, выпейте и закрепитель, иначе дело не будет
доведено до конца..."
Козьма Прутков-инженер мысль №...

И так.
Прежде всего.
Аннигиляционный звездолет это не фотонная ракета.
Если вы хотите посмотреть на сколько-нибудь реалистичный анигиляционный звездолет то вот вам ссылка:

http://www.aiaa.org/participate/uploads/2003-4676.pdf

Поверьте мне, собирателю идей о звездолетах. Лучшей (более детальной) работы на эту тему в мире НЕ СУЩЕСТВУЕТ.
Даже у засекреченных физиков :)
Да, да. Не удивляйтесь длине радиационного щита-радиатора в десятки киллометров (там есть и большая версия).
Анигиляционный звездолет это монстр. Гамма-излучение это вам не мягкий ренген гелий-дейтериевого синтеза...
А "Валькирия" это всего лишь мечта... Красивая, но мечта.
Чтобы разбить ее, достаточно вспомнить, что вы можете утилизировать в анигиляционном двигателе лишь 1/3 энергии аннигиляции (заряженных пи-мезонов).
Анигиляционный звездолет легким быть не может.
А учитывая сколько стоит грамм антиматерии...

Второе. Возвращаясь к вопросу о возможности фотонной ракеты.
Фотонная ракета возможна. Но не нужна.
Фотоны не такая уж и вожделенная рабочая масса для звездолета как нас учать детские книжки с красивыми картинками.
Импульс (p) фотонов вычисляется просто:

E=mc2 =mc*c =p*c => p= E/c

Сравните это хотя бы с классически-школьной:

E=mv2/2 и P=mv

Импульс покупается либо массой, либо скоростью. Пропорционально. Но за скорость вы платите квадратично энергией. Экономя массу в импульсе вы квадратично теряете в энергии.

Пока вы имеете мизерные скорости полета (8 км/с ) и вам надо еще оторвать бак с топливом от Земли - экономия массы топлива имеет смысл.
Но для звездолетов ситуация меняется.
Там главной становится энергия.

В случае фотонов вы имеете предельно низкий импульс на единицу вложенной в рабочее тело энергии. В свое время Зенгер показал, что для релятивистской ракеты (движущейся со скоростью близкой к света) фотоны являются идеальным рабочем телом (именно по КПД движетеля он был 0.5). Но это только для ракеты скорость которой приближается к свету. Если она заметно отстает, и вы не можете менять скорость истечения по схеме, которую я привел выше, то лучший кпд ракетного движетеля будет при скорости истечения 2/3 от конечной скорости полета (это по законам классической механики, релятивистский оптимум чуть хитрее но мало отличается от него).
То есть если у вас конечная скорость полета v= 0.5c то вам лучше отбрасывать массу со скоростью u= 0.333 с. Энергетически выгодней. Не быстрей не медленней.
При v=0.3c  u=0.2c
При v=0.1c  u=0.067c

И в случае константной скорости истечения максимальный кпд ракетного движетеля составит 60-50%  ( и кстати, будьте готовы что  все остальные потери снизят кпд процесса разгона до... 10-1% !!!)
Гнать скорость истечение до света не надо. Вам не надо экономить начальную массу ракеты, как это обычно делается при старте ракеты с Зелми. Тут своя специфика. И в случае межзвездной ракеты на первое место выдвигается не минимизация стартовой массы, а минимизация затрат энергии.
Они в любом случае будут ЧУДОВИЩНЫ...
И в этом смысле, при скоростях полета в доли от света (полет без релятивистского сжания времени и пространства в разы, это v<0.8C) фотонная ракета как движетел ВЫГЛЯДИТ не идеальной.

Хотя... если меня спросить какая система по-вашему лучше всего подходит для БЫСТРОГО ( 0.1c<v<0.8c) полета к звездам, то я бы ответил все же "фотонная".
Но это не та фотонная ракета "на антиматерии" о которой тут идет речь.
Это световой парус Форварда.
Верней вариация на эту тему.
Поток когерентного излучения (от лазеров или мазеров) направляется на парус специальной громадной фокусирующей линзой.
И если для этой системы теперь посчитать более детально все потери энергии по пути ее преобразования из сырой (скажем термоядерной тепловой энергии в реакторах ) в кинетическую энергию корабля, то простота светового паруса при всей неэффективности фотонного импульса даст в итоге заметный выигрыш  и перед термоядерным двигателем (в этом диапазоне скоростей) и  перед анигиляционной ракете.
Сразу говорю, общий КПД получается около 10%. Ну может чуть больше.
И это очень круто!
При этом у паруса двигатель остается дома.
Это главное его достоинство.
И решающее.
Он может весить миллиарды и даже триллионы тонн. Он может занимать целую планету. 
То есть физическая реализация такого двигателя куда ближе к реальности чем все что мы до этого пытались себе представить.
То есть "фотонную ракету" не просто можно создать.
Как не парадоксально, но "фотонный звездолет" на острие лазерного луча создать КУДА реалистичней, чем термоядерный или анигиляционный звездолет.

Это в сущности все что я имел сказат тут собственно...
 ;D

 


ЗЫ.
Пару картинок в придачу. Мало ли кому пригодятся?






« Последнее редактирование: 25 Янв 2011 [21:55:13] от alex_semenov »

Александр Анатольевич Семёнов

Оффлайн alex_semenov

  • *****
  • Сообщений: 11 018
  • Благодарностей: 354
  • Я лгу!
    • Сообщения от alex_semenov
    • Z-механика+
Re: Возможно ли создание фотонной ракеты
« Ответ #15 : 25 Янв 2011 [21:44:39] »
Кстати, а почему никто еще не вспомнил звездолет на черной дыре?
Это нынче очень модная идея!
Будоражащая фантазию не меньше фотонной ракеты в 60-е или система Бассарда в 70-е! Отстаем, господа, от Запада! Отстаем!
 :D
Александр Анатольевич Семёнов

Оффлайн bob

  • *****
  • Сообщений: 32 130
  • Благодарностей: 659
  • Carthago delenda est
    • Сообщения от bob
Re: Возможно ли создание фотонной ракеты
« Ответ #16 : 25 Янв 2011 [21:58:36] »
Возможно ли создание фотонной ракеты
Невозможно. В частности потому, что невозможно производство и удержание антивещества в макромасштабе.

Оффлайн Александр Дергаусов

  • ***
  • Сообщений: 181
  • Благодарностей: -2
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от Александр Дергаусов
Re: Возможно ли создание фотонной ракеты
« Ответ #17 : 26 Янв 2011 [02:47:13] »
 :) Так я понял на анти материи можно приблизиться к скорости света в плотную! Спасибо за такую познавательную информацию весь инет обрыв и не нашёл ничего что ответит на этот вопрос! Ещё раз спасибо!

http://news.mail.ru/society/4804371/
Всё же можно попробовать удержать его! Это реально, хотя только гроздь атомов пока!

Оффлайн Александр Дергаусов

  • ***
  • Сообщений: 181
  • Благодарностей: -2
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от Александр Дергаусов
Re: Возможно ли создание фотонной ракеты
« Ответ #18 : 26 Янв 2011 [02:55:32] »
В 1995 г. CERN произвел настоящую сенсацию — объявил о создании девяти атомов антиводорода. В принципе ничто — кроме, разумеется, запредельно высокой цены — не мешает нам создавать атомы более тяжелых антиэлементов. Любое государство обанкротилось бы, произведя несколько десятков граммов антиатомов. В настоящее время уровень производства антивещества в мире составляет от одной миллиардной до одной десятимиллиардной грамма в год. К 2020 г. это количество, возможно, утроится. Экономическая сторона производства антивещества выглядит весьма неприглядно. В 2004 г. несколько триллионных грамма антивещества обошлась CERN в 20 млн долл. При таких темпах производство 1 г антивещества стоило бы сто квадриллионов долларов и заняло бы 100 млрд лет непрерывной работы фабрики! Это делает антивещество самым дорогим продуктом на свете.

«Если бы мы могли собрать все произведенное нами антивещество и аннигилировать его с веществом, — говорится в заявлении CERN, — мы получили бы достаточно энергии, чтобы одна электрическая лампочка могла гореть несколько минут».

Обращаться с антивеществом чрезвычайно сложно — ведь любой контакт вещества и антивещества порождает взрыв. Поместить антивещество в обычный контейнер равносильно самоубийству — как только оно соприкоснется со стенками, произойдет взрыв. Вообще, как можно обращаться с такой чувствительной субстанцией? Единственный способ — предварительно ионизировать антивещество, превратив его в ионный газ, а затем надежно запереть в «магнитную бутылку», где магнитное поле не даст ему соприкоснуться со стенками.

Если мы хотим построить двигатель на антивеществе, нам нужно будет обеспечить постоянную подачу его в рабочую камеру; там антивещество будет аккуратно входить в соприкосновение с веществом, рождая управляемый взрыв — примерно такой же, какой происходит в ракете с химическим двигателем. Ионы, возникшие в процессе взрыва, будут затем выбрасываться через сопло двигателя, придавая ракете поступательное движение. Двигатель на антивеществе весьма эффективно превращает материю в энергию, поэтому теоретически это самый соблазнительный тип двигателя для звездолетов будущего.

Физик Джеральд Смит из Университета штата Пенсильвания — один из самых ярых сторонников кораблей на антивеществе. Он считает, что, не заглядывая слишком далеко вперед, всего лишь 4 мг позитронов будет достаточно, чтобы доставить корабль с соответствующим двигателем на Марс всего за несколько недель. Смит отмечает, что антивещество способно высвободить примерно в миллиард раз больше энергии, чем обычное ракетное топливо.

Первым делом при производстве топлива-антивещества должно стать получение в ускорителе частиц потока антипротонов и «складирование» их в ловушке Пеннинга, которую разрабатывает в настоящий момент Смит. Предполагается, что готовая ловушка Пеннинга будет весить 100 кг (большую часть из которых должны составлять жидкие азот и гелий) и сможет вместить около триллиона антипротонов, удерживая их в магнитном поле. (При очень низких температурах длина волны антипротонов в несколько раз больше длины волны атомов, из которых состоит стенка контейнера, поэтому антипротоны в большинстве случаев будут отражаться от стенки без аннигиляции.) Смит утверждает, что антипротоны в ловушке Пеннинга можно будет хранить около пяти суток (до использования, т.е. до смешивания с обычными атомами и аннигиляции). Ожидается, что его ловушка вместит примерно одну миллиардную грамма антипротонов. Цель Смита — создать ловушку Пеннинга, способную удерживать до 1 мкг, т. е. до одной миллионной доли грамма, антипротонов.

Оффлайн Александр Дергаусов

  • ***
  • Сообщений: 181
  • Благодарностей: -2
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от Александр Дергаусов
Re: Возможно ли создание фотонной ракеты
« Ответ #19 : 26 Янв 2011 [03:37:30] »
Еще один хитроумный способ вывести корабль в космос и разогнать до фантастических скоростей — выстрелить им из рельсовой электромагнитной «пушки», которую описывали в своих произведениях Артур Кларк и другие авторы-фантасты. В настоящее время этот проект всерьез рассматривается как возможная часть противоракетного щита программы «звездных войн».

Способ заключается в том, чтобы вместо ракетного топлива или пороха использовать для разгона ракеты до высоких скоростей энергию электромагнетизма.

В простейшем случае рельсовая пушка представляет собой два параллельных провода или рельса; реактивный снаряд, или ракета, «сидит» на обоих рельсах, образуя U-образную конфигурацию. Еще Майкл Фарадей знал, что на рамку с электрическим током в магнитном поле действует сила. (Вообще говоря, на этом принципе работают все электродвигатели.) Если пропустить через рельсы и снаряд электрический ток силой в миллионы ампер, вокруг всей системы возникнет чрезвычайно мощное магнитное поле, которое, в свою очередь, погонит снаряд по рельсам, разгонит его до громадной скорости и вышвырнет в пространство с оконечности рельсовой системы.

Во время испытаний рельсовые электромагнитные пушки успешно выстреливали металлические объекты с громадными скоростями, разгоняя их на очень короткой дистанции. Что замечательно, в теории обычная рельсовая пушка способна выстреливать металлический снаряд со скоростью 8 км/с; этого достаточно, чтобы вывести его на околоземную орбиту. В принципе весь ракетный флот NASA можно было бы заменить рельсовыми пушками, которые прямо с поверхности Земли выстреливали бы полезный груз на орбиту.

Рельсовая пушка имеет существенные преимущества по отношению к химическим пушкам и ракетам. Когда вы стреляете из ружья, максимальная скорость, с которой расширяющиеся газы способны вытолкнуть пулю из ствола, ограничена скоростью распространения ударной волны. Жюль Берн в классическом романе «С Земли на Луну» выстрелил снаряд с астронавтами к Луне при помощи пороха, но на самом деле несложно подсчитать, что максимальная скорость, которую может придать снаряду пороховой заряд, во много раз меньше скорости, необходимой для полета к Луне. Рельсовая же пушка не использует взрывное расширение газов и потому никак не зависит от скорости распространения ударной волны.

Но у рельсовой пушки свои проблемы. Объекты на ней ускоряются так быстро, что они, как правило, сплющиваются из-за столкновения... с воздухом. Полезный груз оказывается сильно деформированным в процессе «выстрела» из дула рельсовой пушки, потому что когда снаряд врезается в воздух, это все равно как если бы он ударился о кирпичную стенку. Кроме того, при разгоне снаряд испытывает громадное ускорение, которое само по себе способно сильно деформировать груз. Рельсы необходимо регулярно заменять, так как снаряд при движений также деформирует их. Более того, перегрузки в рельсовой пушке смертельны для людей; человеческие кости просто не выдержат подобного ускорения и разрушатся.

Одно из решений состоит в том, чтобы установить рельсовую пушку на Луне. Там, за пределами земной атмосферы, снаряд сможет беспрепятственно разгоняться в вакууме открытого космоса. Но даже на Луне снаряд при разгоне будет испытывать громадные перегрузки, способные повредить и деформировать полезный груз. В определенном смысле рельсовая пушка — антипод лазерного паруса, который набирает скорость постепенно в течение долгого времени. Ограничения рельсовой пушки определяются именно тем, что она на небольшом расстоянии и за небольшое время передает телу громадную энергию.

Рельсовая пушка, способная выстрелить аппарат к ближайшим звездам, стала бы весьма дорогостоящим сооружением. Так, один из проектов предусматривает строительство в открытом космосе рельсовой пушки длиной в две трети расстояния от Земли до Солнца. Эта пушка должна будет накапливать солнечную энергию, а затем разом расходовать ее, разгоняя десятитонную полезную нагрузку до скорости, равной трети скорости света. При этом «снаряд» будет испытывать перегрузку в 5000 g. Разумеется, «пережить» такой пуск смогут только самые выносливые корабли-роботы.