Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

Или я не понял идеи или идея - полный бред.
Но расчет уважаемого Бывшего генералиссимуса (а я с ним пересекался на новостях и очень плодотворно) по "Кузькиной матери" заставил даже зарегистрироваться таки на авиабазе и оставить там свой комментарий.

http://forums.airbase.ru/2016/12/t94548_2--zvezdolet-kombinirovannoj-skhemy-raboty.6873.html#p4393221

18 тонн дейтерида лития-6 (которые уважаемый герералисимус взял как данность) в 26.5 тонной царь-бомбе - это сразу ясно был перебор. Ну не может термоядерное топливо составлять 67% массы.
Даже 30% заложенные у Дайсона в "Межзвездном транспорте" (это вычисляется из его табличек) меня ну очень смутили... Мол не легковат ли получается девайс?
Если исходить из предела Тейлора в 6 кт/кг, полагая что термоядерныая энергия тут 50% (то есть 3 кт/кг девайса - чистый термояд) и предполагать 30-50% выгорания термоядерного топлива то мы получаем:

3/(0.3*64)=0,16
3/(0.5*64)=0,09

То есть термоядерное топливо будет составлять 10-16 % от массы
"Кузькина мать" давала порядка  2 килотонны на килограмм, то есть термоядерного топлива было там порядка 2 тонн.

[alex_semenov]

Интересно, почему народ упорно не хочет рассматривать АКТИВНЫЕ (а не реактивные) концепции звездолетов-зондов (да еще и всего лишь для пролета!!!) на потоке материи?
типа вот такого:



Есть же вполне себе вменяемая и в первом приближении проработанная концепция:

High-acceleration Micro-scale Laser Sails for Interstellar Propulsion
Быстро-ускоряемые лазерные микро-паруса для межзвездного зонда.

http://www.niac.usra.edu/files/studies/final_report/597Kare.pdf

Так как система активная (источник энергии для разгона остается дома) проклятье удельной мощности для этой системы снимается.
Такая система так же должна хорошо масштабироваться вниз. То есть можно говорить не о сотнях тысяч тонн (как в случае межзвездного Ориона, сложись для него все звезды на небе) а о сотнях тоннах, может даже десятках тонн.  Это значит что и мощность запускающей инфраструктуры не должна быть какой-то запредельной (измеряющейся в кардашевских порядках).
Да, придется строить мощную инженерную структуру-двигатель по крайней мере на Луне (а скорей всего несколько дальше, скажем на Церере).
Ну так Макс в помощь! Он же нам мультипланетную цивилизацию обещает в скором времени?!



Мы (в смысле русские) тоже в этом деле вроде как слегка отметились. Концепцию Миронова я уже в который раз сюда толкаю для развития.

http://lnfm1.sai.msu.ru/SETI/koi/bulletin/20/articles/3.html



Это все та же активная система на потоке материи. Целый упорно забываемый класс межзвездных приводов (лазерный парус - лишь вырожденная версия этого класса).
Если бы ко мне пришли завтра дяди в пиНджаках (как когда-то в конце 70-х пришли к Форварду) и сказали: нужна кровь с носа ЗДРАВАЯ концепция зонда к одной из ближайших звезд (стране и родине!) я бы наверное поставил именно на такую концепцию.
Сама концепция полна пока тумана.
Но, скажем обоснование почему именно это направление - оптимальное, я страниц на 10-20 с формулами и графиками точно бы настрочил!

[alex_semenov]

А тем временем в замке у шефа проклятые империалисты рожают проекты зондов к ближайшим звезам (теперь к Тау Кита, воспетой Вовочкой нашим Высоцким) один краше другого:



http://www.taucetimission.com/2015/11/would-you-like-to-know-more-venti-probe.html
Весенне обострение старой болезни? 

[alex_semenov]

Такая система так же должна хорошо масштабироваться вниз.

"Хорошо" — не получается. Так как, уменьшая размер приёмника энергии на корабле, увеличивается размер источника дома, чтобы сфокусировать более узкий поток энергии.

Это да если речь идет либо о потоке фотонов (лазерном парусе) либо о потоке частиц (концепция Миронова). Миронов с этим предлагал бороться оригинально – сбрасывать кольца-колиматоры по пути, выстраивая таким образом своего рода направляющую поток частиц на себя трубу.
Но  американская работа по сссылке что я дал предлагает отправлять вслед разгоняемому кораблю поток маленьких быстро ускоренных парусов (в духе тех что собирается запускать Мильнер с Хоккингом)
То есть в догонку отправляются разогнанные (не важно пока как) снаряды – носители массы.
На подлете к кораблю (токовой петле) они испаряются и только тут и превращаются в поток частиц.



Таким образом проблема размера приемника-передатчика (задаваемая для лазерного паруса формулой дифракционного предела, а для потока частиц – скважность, кажется) снимается. Хотя возникает проблема управления потоком таких вот снарядов-носителей импульса (каждый должен активно наводится на цель – разгоняемый корабль). Но кто обещал что межзвёздный двигатель – это просто?

Так как размеры там измеряются километрами с нулями, а плотность корабля, усреднённая по описанной вокруг него сфере, оказывается меньше плотности технического вакуума.

Ну это ТИПИЧНОЕ условие для всякого звездолета. И в данном случае оно выполнятся. Вместо диска-паруса токовая петля к которой подвешена полезная нагрузка. Консистенция мыльного пузыря. Все верно! Иначе и быть не может в случае быстрого (а речь видимо идет о зонде на 10-40 св. лет, то есть скорость полета 0.05-0.1 с минимум. А значит мегаватты на кг разгоняемого корабля вынь да положь!)

К парусам отношусь скептически. Потому лично я и не рассматриваю. Excel с вашими расчетами паруса у меня где-то лежит даже Поигравшись с ним немного и вникнув в цифры, я и убедился окончательно в его сомнительной перспективности...

Это немножко не те паруса. Посмотрите работу. Это такие маленькие легкие почти прозрачные "кружочки" которые мощный лазер буквально за считанные секунды разгоняет до субсветовой скорости и они летят в догонку основному кораблю.
Но вообще говоря, вопрос КАК разгонять снаряды  в данном случае не принципиальный. Можно же и поток частиц использовать если что. Главное. Снаряды ускоряются с чудовищным ускорением на крототкой дистанции. Потом долго летят к кораблю. А там испаряются в поток частиц, который отдает импульс магнитной петле. При этом петля может быть очень даже небольшой по размеру. Дистанция разгона основного зонда (в отличии от дистанци разгона снарядов) тоже в общем-то достаточно эластичная. Таким образом и ускорение (а значит и мощность запускающей снаряды установки) может быть вменяемой.
Минус концепции - импульсный принцип работы.
Из возни с Орионом мы знаем что это - отдельная головная боль. Но терпимая головная боль (пока что).

А вот концепция ионника, запитываемого по лучу, насколько я знаю, здесь никогда толком не рассматривалась, хоть и упоминалась. С чисто инженерной точки зрения она выглядит более перспективной и реализуемой.

А вот как раз для данного ионника проблема дифракционного предела ОСТАЕТСЯ как и у лазерного парусника. Так что концепция выше – намного лучше такого ионника. Единственное в чем упомянутый вами ионник может (теоретически) выиграть у чистого парусника (ценой большей сложности конструкции) это на малых скоростях перелета. Так как парусник при разгоне, скажем до  0.01с  будет иметь кпд двиЖетеля < 1%, а ваш ионник мог бы, например дать 10%. Но у него столько проблем, что вряд ли овчинка будет стоить выделки.
Звездолет на потоке материи будет все равно куда лучше смотреться на фоне всего этого.

[alex_semenov]

Вот только материал, из которого они должны быть изготовлены - это бананотехнологии на грани фантастики. При той плотности энергии, которая требуется, практически любой материал испарится вместо того, чтобы разгоняться с ускорением в десятки тысяч g.

Во-первых. Почитайте (полистайте хотя бы) статью. Там именно материалу посвящено половина работы (примерно).
Неужели вы думаете что они сами этого не понимают?
И кстати опираясь на эту работу я анализировал концепцию Мильнера-Хокинга. Да, задача сложная. Но не факт что неразрешимая.
Далее.
Во-вторых. И это - главное. А кто сказал что вы должны СЛЕПО драть эту "аглицкую блоху"?
Я предлагая ОБЩИЙ ПРИНЦИП.
У лазерного разгона носителей импульса есть один недостаток всяких парусов. Низкий кпд движетеля на малых скоростях (а скорость снарядов все еще мала). Поэтому желательно поискать другой способ быстрого (в десятки тысяч g) разгона снарядов.

Кроме того, у таких "пуль", посылаемых вдогонку, есть проблема точности.

Разумеется, если они сами не будут лететь на цель как мотыльки на свет - они в двигатель не попадут.
Разумеется они должны активно наводиться.
И это хоть и проблема, но вполне решаемая. Просто некоторая часть (скажем 1%) собственной кинетической энергии снаряда будет потрачена на корректировку курса.  Какая то часть снарядов (скаже 1-5%) будет вообще потеряна. Но это -разумные издержки.

Но у него столько проблем, что вряд ли овчинка будет стоить выделки.

Каких именно, кроме дифракционного предела?

Ну например такой зонд будет системой из:

1 приемника энергии (ректены или фотопреобразователя)
2 конвертора тока и электросети.
3 ионного двигателя.

И вся эта система обязана быть в сумме чудовищно легкой. Каждый компонент должен обладать невероятной удельной мощность. Но скажем, конверторы тока (трансформаторы тока в напряжение) сейчас имеют удельную мощность порядка 1 квт/кг. А это на три порядка меньше чем нам надо. Я не говорю что нельзя сделать конвертор на 1 мвт/кг. Но это огромный инженерный вызов.
Дадее.
Приемник энергии. AlexAV мне как-то давал тут график который ставит крест на ректенне.
Фотоэлеметны (учитывая что лазерный луч монохромен) конечно могут иметь хороший кпд, но все равно не 100%. Значит будут тепловые потери. А значит проблема с избавлением от паразитного тепла как ни крути. Для паруса избавится от 4% поглащенной мощности при отражении - проблема. А тут в паразитку превратиться в разы больше. Опять же. Я не говорю что это не разрешимо. Но это все наслаивающиеся проблемы.
В какой-то момент понимаешь что овчинка не стоит выделки.
Если просто парус подкупает своей простотой, то тут теже проблемы, только с дополнительными сложностями.
Да, у меня была красивая идея разместить двигатели по самой поверхности ректены и даже саму ректену превратить в своего рода распределенный двигатель. Было бы изящно. Но я эту идею забросил.
Есть желание доказать что зря?
Дерзайте! Буду рад если докажите мне что я - осел!

[alex_semenov]

Эквивалентно посылки флотилии, все корабли которой, кроме одного, являются топливными баками.

"Пули" не носители топлива m. "Пули" - носители ИМПУЛЬСА mv и энергии mv²/2. Послать все "пули" скопом - дать мощный пинок под зад.  "Зад" не выдержит такого ускорения.  Да и тот кто посылает такую суперпулю просто надорветвся выдать такую мощность сразу одним импульсом. Улавливаете?

Я смотрю эта простая концепция (активного привода на потоке материи) не так то просто доходит до участников форума! \

Самая узкая проблемы (на мой взгляд) - взаимодействие испаренного (ионизированного) снаряда с токовой петлей. Чтобы концепция состоялась, необходима хорошая эффективность передачи импульса снаряда токовой петле. Не менее 50%. Но если плазма будет в основном обтекать токовую петлю (как солнечный ветер обтекает магнитное поле Земли) соскальзывая с магнитных силовых линий и передавая 1-5% своего импульса полю (от силы) - концепция гнилая.



Следующая проблема - заменить лазерный разгон на ионный (импульсом заряженных частиц). И вмесо махоньких кружочков алманой пленки использовать тонкие токовые сверхпроводязие петли с током (такие пули  и направлять на корабль будет проще и испарять их можно попробовать просто нарушая свехпроводимость. Бах! и колцо превратилось в облако плазмы).

[alex_semenov]

Механизм корректировки не мешало бы увидеть. Вы разве не видите, что по сути требуется скрестить ежа с ужом? Малую массу со способностью самостоятельного маневрирования. Скорее всего, активный привод утяжелит пулю настолько, что о разгоне выше 0,01с можно будет забыть.

В pdf-ке что я вам дал ИХ механизм - показан. И даже предложена механика наведения (взятая из времен второй мировой войны для ночных бомберов британцев, кстати ). Но если использоват токовую петлю, то корректировать курс можно было бы попробовать за счет набегающего потока межпланетной межзвездной плазмы. Ведь каждая такая петля-снаряд это же готовый магнитный парашют без полезной нагрузки (сопротивление парашюта разумеется определяется током в кольце не столько габаритами поэтому все это настраиваемое). Меняя ее положение в пространстве можно за счет неравномерности обтекания плазмой слегка менять направление полета.

Ну альтернативы ЭМ-ускорителю скорее всего нет.

Просто магнитный ускоритель (типа пушки Гаусса ) тут не катит так как все равно получается слишком длинный трек разгона для снаряда,  миллионы километров. Ну сами посчитайте. Скаже 10 000 g  до скорости 0.05 с  (например, всего). Получается более миллиона километров.
На такой дистанции даже сохранить пучек частиц более-менее компактным пятном - тяжело. Хотя опять таки, надо в это дело залазить и изучать, считать  засучив рукова.

Но народ же хочет послать ЛЕГКИЙ ЗОНД на 40 св. лет?
Что там у нас астраномы недавно нашли?

Все облизываются.
А работать - никто не хочет! Бездельники!!!     
Опять ждете что америкосы вам все на блюдечке принесут? 

[alex_semenov]

Что еще надо добавить.
Ну то что сам звездолет - это очень простая конструкция (проще даже лазерного паруса)  - все понимают. Все сложности (вся энергоустановк) остаются дома. Поэтому можно получить необходимые мегаватты на кг корабля относительно легко.
Но.
Гланвый бонус. Корабль - это магнитный парус. Или уже готовый магнитный парашют. То есть проблема торможения у цели как бы решается сама собой (хотя остается проблема дотормаживания но это можно попробовать решить дотормаживающей ДУ скажем на том же принципе "Ориона"). Если помните, для лазерного парусника тормозной парашют надо иметь отдельно. А тут одна и та же петля может выполнять как роль разгонного привода, так и тормозящего. Разница в том что в режиме разгона петля работает в импульсе (как британсая орион-подобная "Медуза"), а в режиме торможения - непрерывно. Это - сложность. Но есть надежда что сложность не принципиальная.

[alex_semenov]

Другая сложность в том, что у целевой звезды нет добрых инопланетян, которые шмаляли бы такими же пулями  А значит интегральный тормозящий импульс будет значительно меньшим, чем импульс разгона.

Проблема торможения у цели для любого АКТИВНОГО космопривода существует еще со времен Жюль Верна.



Но в данном случае она наиболее мягко решается использованием того же принципа притормаживания что и для разгона.
Вообще же у магнитного парашюта одна проблема - как сильно он может затормозить?
Идеально было бы если бы он мог дотормаживать до 300 км/с. Тогда солнечный ветер и обратный маневр Оберта у звезды вполне решил бы проблему выхода на орбиту. Но для этого надо иметь в петле чудестный сверхпроводник. Такой, которого пока нет.
По поводу совместимости импульсов при разгое с постоянной тягой при томожении.
При торможении в самом начале процесса у хорошего парашюта так же возникает очень сильная тяга (может быть до десятков g) что просто могут не выдержать стропы. Я считал.  Так что в любом случае тут понадобится "крепкий"  магнитный купол. Чтобы при разгоне держал импульсные нагрузки (тут без амортизатора видимо не обойтись) а при торможении - пиковую нагрузку в начале (потом она падает в 4-й степени, кажется по мере торможения при условии что ток в петле остается постоянным).

[alex_semenov]

Идеально было бы если бы он мог дотормаживать до 300 км/с.

Это было бы круто. Но скорее всего в 2-3 раза больше.

О парашютировании о межзвездную среду самое содержательное, кажется здесь:
Магнитный парус/парашют
У Зубрина в самом лучшем случае получалось 0,0056с



Это 1680 км/с
 
Скачайте писульку Роберта. Хотя в конце он вроде нахамутал (как мне кажется) в начале он вывел динамику вроде верно.
Обратите внимание. Купол магнитного парашюта по мере торможения "раскрывается" поэтому динамика не логарифмическая (как получил я для купола постоянного димаетра), а полиноминальная.

Для торможения Оберт подходит гораздо хуже, чем для разгона. Вы же подлетаете к звезде по гиперболической траектории, то есть можете просто не успеть сообщить требуемую дельта-ве прежде чем выйдете из перигелия.
Проблема усугубляется, если целевая звезда - красный карлик.

Ой! Марья Ивановна! Мне бы ваши проблемы! (с) Вовочка. 
Об Оберте будем думать если войдем в систему-цель на сотнях км/с. А если это тысячи, то без ДОтормаживающей ДУ межзвездного класса (хоть взрыволет, хоть супер-ионник, хоть какое иное полу-чудо) никак не обойтись.

Но, как мне помнится, тут народ еще на предыдущей странице мечтал о флай-бай. То есть пролете без торможения?
Что? Апетит приходит во время еды?!
 

[alex_semenov]

Её не надо сообщать, её надо отдавать. По сути потребуется лишь хороший абляционный щит с некоторым дополнительным охлаждением для торможения в верхних слоях атмосферы звезды. Поэтому для торможения Оберт даже лучше, чем для разгона.

Насколько я понимаю, эффект Оберта зиждится на том, что "на дне" гравямы включается РАКЕТНЫЙ двигатель и обмен импульом с топливом "вычисляется" "в яме", когда "облегченный" корабль выходит из ямы. То есть для эффекта Оберта нужна именно ракетная тяга (когда импульс свободно двигающейся/падающей в яму массы отдается другой свободно двигающейся/падающей в яму массе). А торможение о солнечную корону (красиво! смело!) - это не ракетное торможение. Поэтому тут Оберт не сработает, как мне кажется.

[alex_semenov]

То есть, для доставки той же массы груза парус съест в 15 раз больше энергии!

Ничего удивительного для меня в этом нет. Я все время говорю. Лазерный парус - это для БЫСТРЫХ звездолетов. На малых скоростях такая система толкьо греет вселенную. КПД двиЖетеля стремится к 0.

Итого, имеем массу 20 кг/м2. И удельную мощность - 1 кВт/кг.

И как вы представляете себе ФОКУСИРУЮЩУЮ систему при таких массо-габаритных параметрах приемника?
Пускай ваш ионный зонд имеет массу 100 тонн.
Значит поверхность фотоэлементов 5000 м2. А диаметр пятна 79.8 м
Пускай лазерный излучатель излучает на 1 мкм (длина волны 0,000001м)
Тогда из формулы дифракционного прелела излучающая апертура при фокусном расстоянии в 1 св. год у вас обязана быть ... 290 000 км в диаметре.
И все это ради чего?
У вас ведь, я так понял, пролетная траектория?
Самое неприятное.
Для данного типа привода продолжает работать ГЛАВНАЯ ЗАСАДА лазерного паруса - доплеровская аберрация.
Как сохранить интерференционную картину в пятне на дистанции 1 св. год?
Нужна сверхстабильная  "оптика". Гипер-пупер-стабильная.
Немыслимо стабильная.
По-сути это единственное (последнее!) реальное препятствие на пути построения скоростного (в пол света) фотонного звездолета. Все остальные сложности - инженерные и для высокоразвитой цивилизации (не для нашей разумеется) преодолимы. Возможно преодолима и доплеровская аберрация. Однако скоростной фотонный звездолет (парусник) - инструмент сверхцивилизаций.
Мы ищем для себя что-то попроще.

[alex_semenov]

Ну так проблема эта - одна и та же, что для парусника, что для ионника на луче. Разве нет? Решается, так понимаю, большими размерами фокусирующей линзы. Если удалось найти решение для паруса, добивающее на 1 св. год, то же самое решение используется и для ионника.

Так в том то и дело, что для паруса эта проблема НЕ РЕШЕНА.
Парус очень долго для меня был "любимым дитя". Не смотря на все открывающиеся "мелкие" проблемы (астроинженерные габариты структуры запуска или самого паруса, например) он был наиболее научно реалистичным проектом. Да еще каким!
По сути подарком судьбы!
Однако когда всплывал доплеровская аберрация (в западной литературе про нее до сих пор ни слуху ни духу, насколько мне известно. мимо нее прошли все отцы-основатели.) концепция сильно поблекла, потеряла в реалистичности.

Ничего удивительного для меня в этом нет. Я все время говорю. Лазерный парус - это для БЫСТРЫХ звездолетов. На малых скоростях такая система толкьо греет вселенную. КПД двиЖетеля стремится к 0.

Ну собственно, если ускорение небольшое (миллиметры/с2), то фокусировка потребуется на десятки св.лет.
А если делать короткий разгон, то требуются еще более невероятные параметры парусины.

Дело не в ускорении.
Дело в самом факте ОДНОКРАТНОГО отражения света от паруса и дальнейшего его рассеивания во вселенной.
Если бы отраженный от паруса свет отражался на него обратно и опять, и опять (этакий резонатор, где одно из зеркал движется с ускорением) то кпд такого движителя мог бы теоретически быть близким к 1 (но только движителя! потому что есть другие потери в системе как двигателе).
Но при однократном отражении луча кпд привода НЕ ВЫШЕ (на самом деле ниже из-за других эффектов) конечной скорости, выраженной в скорости света.
Если вы разгоняете до 0.1с кпд привода не выше 10%
Если вы разгоянете до 0.01с, кпд привода не выше 1%
И т.д.
То есть на малых скоростях использовать лазерный парус - глупость несусветная (хотя на западе ее повторяют очень серьезные дяди).
Использовать ионолет с лазерным источником энергии - как раз уходить от такой глупости на меньших скоростях (скажем для межпланетных перелетов). Но при условии что все остальные проблемы лазерного паруса решены. А они (на больших расстояниях) далеки пока  от решений.
Поймите.
Астросооружения для тяжеленного (в 50 000 тонн, скажем, в духе Форварда, диаметром в 1000 км) парусника имело бы смысл строить в силу получаемого результата (огромный корабль несется на половине света в любую часть галактики). Но устройство запускающее его действительно должно быть ГРАВИЦАПОЙ! Перестроенный планетоид (малая планета). Тут все соизмеримо. И инженерные затраты и результат. И цивилизация это осуществляющая - соответственно должна быть иной. На голову выше нас. Как говориться подобный проект – "не в этой жизни!"
Но вы что хотите?
"Нацарювать" ма-а-а-а-хонький зондик м-е-е-е-дленно летящий к цели. И все это сделать ИМЕЮЩИМИСЯ у нас инженерными возможностями?
Ничего глупее в этом случае, чем возиться с лазерной передачей энергии нет.
Вот посмотрите проект Мильнера-Хокинга.
Гора рожает мышь.
И ничего больше она родить не сможет. Там пропорции именно такие. От них никак не уйти.
Если вы хотите опереться на имеющиеся возможности и не стремитесь к быстрому перелету (вас устроит 0.01с) то лучше уж тогда поставить на прокачку "Орион" (найти способ его форсировать). Это - наиболее реалистичная для нас технология (термоядерные взрывы – это предельная для нас технология концентрации мощности).
Совершенно иной обнадеживающий (на мой взгляд) вариант (подход) - я описал выше.
Потому что "Орион" - это все-таки огромная минимальная стартовая масса. Совсем вниз он не масштабируется. Орион - это масса пилотируемой экспедиции (колонии). А если вам нужен легкий зонд (но не такой уж и легкий как у Мильнера-Хокинга) то поток материи - самое то.
Однако и это будет очень дорого.
Придется для начала колонизировать хотя бы Луну. Без этого - никак.
Третий подход – ковчег в духе Штерна.
Тише едешь – дальше будешь.
Но там вылезать другие траблы (с тысячами лет пути).
Как не поверни, свой набор проблем вы в любом случае выгребаете.

[alex_semenov]

После некоторых размышлений не вижу проблемы в доплеровской аберрации.

Да, я помню вы как-то пытались мне объяснить это. Но я не уловил логику. Можно повторить "на пальцах" "для дебила"?

[alex_semenov]

Лазерный луч отражается от паруса, рассеиваясь в некотором угле. Этот отраженный луч перехватывается ретрорефлектором (огромных размеров, признаю), и отражается обратно на парус, фокусируясь в точку с некоторым опережением, чтобы компенсировать задержку распространения света. Таким образом, свет используется несколько раз, уменьшая потребности в мощности лазера. Начиная с некоторого расстояния, эффективность рефлектора начнет падать в 4-й степени этого расстояния. Поэтому надо умудриться сделать разгон за короткую дистанцию, пока эффективность рефлектора достаточно высока.

Да, это просто напрашивающееся решение. Проблема "лишь" в том что парус должен быть оптической системой по уровню точности равной излучающей апертуре.
Хотя если разнон происходит быстро... В общем надо эту идею изучать. Я кстати где-то видел в англоязычной сети рассужединя на этот счет....
Вот. Нашелся легко. https://blog.xkcd.com/2008/02/15/the-laser-elevator/

ЦитироватьПринцип Гюйгенса — Френеля формулируется следующим образом: Каждый элемент волнового фронта можно рассматривать как центр вторичного возмущения, порождающего вторичные сферические волны, а результирующее световое поле в каждой точке пространства будет определяться интерференцией этих волн.Неоднородности волнового фронта имеют обыкновение заплывать, размазываться по фронту. Например, любая оптика имеет микрорельеф, вариации высот, наклонов и коэффициентов пропускания/отражения, пыль, загрязнения, наконец. Это создает дефекты волнового фронта, фазовые, амплитудные. Сразу после реальной оптической поверхности волновой фронт весь рябой от малых дефектов, которые вскорости заплывают, а возникшая некогерентная составляющая света наблюдается как рассеяние на поверхности. Поэтому все реальные оптические поверхности видны, если их осветить, например, пучком лазера. Пожалуй, поверхности жидкостей, например воды, будут самыми ровными и малорассеивающими, там неровности исчисляются размерами молекул, а пылинки-загрязнения имеют шанс утонуть. Для лазерной оптики делают поверхности со специальной финишной полировкой, но и они рассеивают.Дифракционные решетки, наверное самый наглядный пример, - даже после них волновой фронт затягивается и может быть дифракционно-ограниченным в соответствии с поперечными размерами пучка, это факт.Рассуждая таким же образом применительно с доплеровской аберрации, если рассуждать не в рамках лучевой (гауссовской оптики), а в рамках волновой, то микронеоднородности волнового фронта по длине волны излучения тоже должны вскорости, на некотором удалении, перемешаться, составляющая рассеяния, порожденная этими неоднородностями, должна покинуть пучок, а оставшийся луч будет однородным по волновому фронту по фазе/амплитуде/частоте излучения. Как-то так

Гм...
То есть сам ВАКУУМ как бы ПОПРАВЛЯЕТ разницу в монохромности фронта не усиливая с расстоянием расхождение, а сглаживая его (усредняя), разумеется беря за это "некоторую плату" (падение мощности)?
Гм... Было бы очень здорово...
Вот если бы где об этом почитать... А то все что я нашел в сети - как раз убедило меня в обратном. Что например интерференционная картина не может сохраняться на больших расстояниях, что она разрушается уже на тысячах километров для самых монохромных СО2 лазеров...
Ведь суть в чем? Какой бы монохромный лазер не был, все равно между фотонами есть в длине волны хоть небольшое но различие (а в нашем случае нам нужна точность порядка 10^-21!!! 15 порядков - фокусное расстояние, 6 порядков длина волны), например за счет того что возбуденные атомы имеют собственную скорость движения в момент индуцированного (пролетающим мимо фотоном)  броуновскую скорость и даже в кристаллической решетке момент излучения молет попасть как на колебание по лучу так и на колебание от луча. Значит уже возникае сдвиг. И это - самая примитивная идея. Наверняка в лазерной технике есть еще масса причин почему монохроматичность излучателя размазывается (хотя бы просто из-за принципа неопределенности).

[alex_semenov]

но не в той схеме, что я нарисовал выше - там от паруса требуется только рассеять свет в пределах апертуры ретрорефлектора. Начиная с расстояния, когда свет, рассеянный от паруса, не будет попадать в пределы апертуры, вступит в силу закон 4-й степени падения эффективности от расстояния.На рисунке выше, который Вы привели, обратите внимание, лазерный луч несет в себе некий импульс (photon momentum), которым в результате обменивается с парусом. Эффективность здесь не в энергетическом кпд, а в обмене импульса. Хотя эти вещи взаимно связаны.

Но в этом случае зеркало должно быть ну очень большим!

Хотя если это какой-нибудь природный гравитационный эффект (у черной дыры?), то почему бы и нет? Гм...

[alex_semenov]

Разгон у систем с внешним источником энергии всегда должен происходить быстро. В гравицапе вы уже выяснили, что для разгона на одном световом году потребуется планковская точность наведения. Так что, думаю, надо разгонять как можно быстрее, пока пепелац далеко не улетел.

Быстрый разгон- это ЧУДОВИЩНЫЕ мощности излучателя.
А где их взять?
Ну и чудовиная мощностная нагрузка на сам корабль (те самые мегаватты на кг).
То есть быстрый разгон - очень дорогая плата.

С ионным разгоном связана следующая сложность. В космосе на самом деле не пусто, пространство там заполнено межпланетной плазмой и магнитными полями. Ионный пучок, даже если компенсировать в нём пространственный заряд, подавив тем самым кулоновскую расходимость, будет взаимодействовать с ними. Причём если собственно влияние столкновений между частицами пучка и среды будет невелико в силу разреженности межпланетной плазмы, то этого совершенно нельзя сказать о коллективных эффектах. Скажем хорошо известны неустойчивости на границе потока плазмы с неподвижной плазмой связанные с раскачкой поверхностных мод. И подобные плазменные неустойчивости могут развалить пучок очень быстро (за время соизмеримое с частотой колебаний соответствующих неустойчивых мод, а это миллисекундные времена, а то и меньше).

А вот что касается снарядов, то как раз по их поводу (так как они легкие) как раз и планируется использовать быстрый разгон.
Может быть за счет этого и получится?
миллисекунды это 10^-3 с.
При скорости частиц в 0.05с (к примеру) это... дистанция в 15 км. Гм... Да, маловато. Нужен миллион...
Интересно, а товарищи, разрабатывавшие пучковое оружие для СОИ с подобными эффектами сталкивались?
Я читал что на тысячи километров плотный пучек (для поражения боеголовок) они обещали.
В нашем случае нам хватило бы меньшей плотности на порядок-другой (токовую петлю толкать не боеголовку сжигать). Глядишь и уже в миллион (км) может и в итоге вписались.
Эх! Мечты-мечты!!!
 

[alex_semenov]

Из кинетических накопителей ("супермаховиков") - уже существующие материалы позволяют накопить 1МДж/кг.

Нет, понятно. Я много лет назад считал такой маховик (на сотни километров в диаметре).
Но в любом случае.
1 Такой накопитель - дополнительное астросооружение (к уже имеющимся)
2. Мощность излучателей все равно должна быть запредельной. Маховить сэкономит только мощность источника энергии.
В итоге излучатели (которые квт которого будет много дороже квт энергостанции и аккумулятора вместе взятых) будет простаивать (пока аккумулятор заряжается для очередного запуска).
В общем я оценил эту идею и она мне еще много лет назад не понравилась.

Ну и чудовиная мощностная нагрузка на сам корабль (те самые мегаватты на кг).

А разгон магнитного паруса в луче материи не предполагает взаимодействия луча с конструкциями корабля вообще. Всё взаимодействие - через поле, и тепловыделение, следовательно, равно нулю.

Ну тут изначально же спор зашел о лазерном парусе. В случае же магнитной системы - вы правы. В этом была фора. Поэтому, кстати я и рассчитывал как импульсом запускать кольца-снаряды. Так импульсом принимать на основном корабле количество движения от них. Именно расчет был на то что прямого взаимодействия материи с носителем импульса в двигателе нет. Поэтому можно выдать в пике запредельную мощность ( гигаватты на кг например).
Кстаит запускающей магнитные кольца-снаряды системе именно маховики-накопители очень даже понадобятся.

[alex_semenov]

Парусник Форварда - это прожект, который не имеет шанса реализоваться в реальности, ИМХО.

Парусник Форварда  - это машина предельных возможностей. Круче будет только межгалактический корабль, опирающийся на запускающий его двигатель созданный самой природой (даже сверхцивилизация будет не в силах такой двигатель создать).

У него совершенно дикая плотность энергии - 5 МВт/м2! Конечно, если к такой энергии применить формулу давления ЭМ-излучения, все прекрасно полетит Но на самом деле такая мощность больше подходит для лазерной пушки из каких-нибудь звездных войн. Такая энергия будет стремиться нагреть и испарить любой материал вместо того, чтобы толкать его куда бы то ни было. Паразитка от 5 МВт будет измеряться десятками киловатт даже в самом идеальном случае. А высвечиваться они будут плохо, потому что парус не является АЧТ.

Форвард все это считал. Лэндис пересчитывал.  Фрисби тоже уточнял расчет.
Я тоже считал термодинамику. Правда у меня не получался алюминиевый парус (как у Форварда)из за высокой нагрузки в центре пятна Эйри. Но берилиевый – вполне.

Потом, сам лазер на 40 ТВт полезной мощности - опять же космооперная вундервафля. Если КПД лазера 20%, то вам требуется генерация на 200 ТВт - с десяток земных цивилизаций. И не на Земле, а на Луне, например. Значит, сама цивилизация должна быть в 100 раз мощнее нынешней. А лучше в 1000.

Разумеется машинка получается мощная. А как вы хотите отправить судно массой с ЛИНКОР на скорости в половину света? Других способов нет. Скажите спасибо что хоть какой-то более-менее здравый нарисовался!
А то что нашей цивилизации такое не под силу – так это, так сказать, повод расти над собой.
Лично я рассматриваю подобные проекты как способ увидеть облик ПРЕДЕЛЬНОЙ космической цивилизации. Ясно что технические возможности сколь угодно древней космической цивилизации не будут беспредельно расти.
Долгое время таким пределом для нас была сфера Дайсона. Но как быстро выяснилось классическая ее версия вряд ли осуществима (да и нужна ли?). А вот "гравицапа Семенова" (планетоид превращенный в излучатель для запуска звездолетов в духе форвадра) – как раз и можно рассматривать как предельную утилитарно ценную астроинженерную конструкцию.
Кстати по сравнению со сферой Дайсона гравицапа Семенова  - просто жалкая песчинка(хотя и размером больше чем Луна).

Кстати у Форварда была иная система излучателей:

И она была тоже не маленькой (создавала целое кольцо вокруг Меркурия)

А у Форварда разве не гора рожает мышь? Вон выше я описал энергетические параметры системы. А теперь смотрим на массовые параметры: 3000 тонн ПН! По отношению к затраченной энергии это мизер.

Я и говорю что в этой системе всегда гора будет рожать мышь. В  случае любого БЫСТРОГО звездолета так и будет. Нужно будет целое астросооружение чтобы запустить относительно скромную полезную нагрузку.
От закона сохранения энергии (и при заданном времени разгона чудовищной выделяющейся паразитной мощности) вы ПРИ ЛЮБОМ СПОСОБЕ ПРИВОДА ничего иного получить не сможете.

Ну так никто и не списывал "Орион" со счетов. Если я обсуждаю одну из концепций, это не значит что других для меня уже не существует. Просто нельзя же все уместить в одном посте.

У Ориона своих проблем – выше крыши. Понятно что пока о нем речи нет. Но смысл реплики вот в чем. Надо понимать о какой ВЕРСИИ будущего о какой версии цивилизации мы ведем речь, планируя межзвездный полет. А эти версии могут быть разными (при том в разноудаленном от нас будущем на разных ветках возможной истории!). И я всегда рассматриваю весь набор имеющихся конструкций в приложении к разным возможным версиям будущего. В будущем где пройдена техносингулярность, где появился ИИ и  макросаморепликаторы нет нужды в кораблях-колониях на миллионы тон в духе взрыволета Дайсона. Но если такого не случится – есть смысл рассматривать подобные колонии.
Парусник Форварда бессмысленно запускать с иной ПН кроме саморепликатора. Не стоит человеческая экспедиция в 20 человек (как это было у Форварда в романе "Мир Роша") таких энергетических усилий. Хотя роман как твердая научная фантастика мне очень понравился.

Однако ядерные испытания в космосе запрещены.

Мы такую глупость не рассматриваем. Это сиюминутная политика. И она доживает последние десятилетия (плачте о ней пока можно!). 
Там (в концепции ориона) на самом деле масса вопросов, которые можно пока что пытаться решить чисто теоретически. Так что Орион тоже остался цяцькой которую неблагодарное человечество не доносило до ума. И именно потому что тупицы правят этим миром (и ведут его к краху).

Так-то картинка, которая нарисована еще Дайсоном, весьма заманчива.

Это на самом деле ребус. "Код да Винчи"
Ну мне, во всяком случае, хочется так верить… 
Как добиться оговоренных в табличке параметров? Я  - не знаю. И никто не знает. Или знает но скрывает (то же Дайсон например). А если так, то и мы можем узнать. Просто надо включить ум и сообразительность.

И по сути она дает определенное поле для маневра. Скажем, отказываемся от предельных режимов, от разгона "с ветерком" за 10 дней. Согласны разгоняться за 50 лет. И скорость истечения вдвое уменьшим. Соответственно, конечная скорость не 10, а 5 тыс.км/с.

Разгон "без ветерка" потребует от вас непростительно длинных амортизаторов. То есть разгон с ветерком – это как раз не самое узкое место концепта. И удельная мощность звездолета тут тоже может быть сколь угодно большой. Как раз для Ориона это не проблема. Но скорость истечения – вот загвоздка где. Здесь – загадка (массовое число 3 Дайсоном задаро очень твердо!).

Все равно в этом случае укладываемся в 300 лет для пролетного зонда, и в 500 - для разгона-торможения. Что является лучшим показателем из всех реалистичных проектов.

Если бы мы могли получить для некого взрыволета 10 000 км/с (с заданным Дайсоном массовым числом 3!) можно было бы сказать, что звезды наши. Мы до них дотянулись. Гарантированно.
Мы – в смысле цивилизация подобная нам (только чуть умнее, что лечится и у нас временем и страданиями, которые уже на носу).
А для более продвинутых цивилизаций можно пытаться рассматривать и гравицапу Семенова и прочие приводы в духе Миронова (ктати концепция достойная всестороннего расмотрения здесь. Если она целяком не пройдет, то возможно из нее что-то можно выдрать полезное по частям?)

[alex_semenov]

К 2008-му году угольные электростанции выделили в атмосферу порядка 13 тысяч тонн тория и 6 тысяч тонн урана.
Содержание U-235 в природном уране -- 0,7%. Получается 42 тонны U-235.
http://kiri2ll.livejournal.com/18444.html

Для того, чтобы отправить 4000 тонный корабль в межпланетную экспедицию требовалось взорвать 800 бомб. По самым пессимистичным оценкам это бы дало загрязнение эквивалентное подрыву 10 мегатонной ядерной бомбы. По более оптимистичным оценкам, использование более эффективных и дающих меньший выход радиации зарядов сумело бы значительно уменьшить эту цифру.

Хотелось бы соотнести эти 42 тонны и радиоактивное загрязнение от 10 мегатонной бомбы, и какие 10 мегатонные бомбы бывают, вероятно есть более чистые. В среднем на один взрыв получается 12,5 килотонн.

А не важно сколько на один взрыв.
Если вся суммарная энергия – от деления (термоядерные заряды не использовались), то расчет прост 10 000 кт делим на 19 (кт/кг), чистую калорийность урана или плутония (тоже особой разницы нет). Можно даже на 20 (для ровного счета). Получается что примерно 530 кг актиноидов претерпели деления (сколько испарилось в зарядах – не важно. Но если кпд бомб 10% то во все бомбы было заряжено порядка 5 тонн плутония (скорей всего будет использоваться именно плутоний так как крит. масса у него меньше, что для маломощных зарядов важно). Итоговый результат, пол тонны осколков деления (весь букет).



Можете из этого прикинуть, например, поступление стронция-90 (самого противного продукта деления) и цезия-137 . Надо знать сколько его выделяется на килограмм разделенного актиноида (судя по графику выше порядка 5%).
Получается, что при взлете испарилось 5 тонн актиноидов и родилось пол тонны осколков. 5 тонн распыленного (несгоревшего в бомбах) актиноида на порядок меньше 42 тонн насчитанных вами (и тем более меньше общей массы выделенного в атмосферу урана и тория), но суть в чем?
42 тонны актиноида не идут (как я думаю) ни в какое сравнение с 0.5 тонны осколков деления по активности и грязности. Возможно эти пол тонны на порядки превосходят 6 000 тонн урана вместе с 13 тысячами тонн тория (в сумме 18 000 тонн). Ведь и они тоже актиноиды! Почему вы взялись считать только 235-й?
Когда прикидывают загрязнение от  ядерного взрыва, обычно считают грязь по осколкам деления. Активность испарившегося материал (который на порядки больше по массе!) обычно считается для уточнения погрешности (тогда учитывается и наведенная радиация, например).
То есть, осколки сильно превосходят все остальное в доле загрязнения. Очень сильно (много порядков).
Но это моя догадка и  чуйка. Между выбросами ТЭС и пол кило осколков от взрывов -  4 порядка разницы… Гм… Надо сравнивать точней. Надо, например, вычислить сколько выделилось стронция-90 (все остальные – я думаю, поправка к этой оценке, по порядку уж точно!), с активность 18 тысяч тонн того же урана и тория. Вполне возможно что они будут сопоставимы или даже у осколков активность будет на порядок меньше.
Расчет простой, но надо поднимать соответствующих таблицы. Но у меня их нет под рукой пока.
Однако даже если активность десятков тысяч тонн урана и тория окажется на порядок выше активности 30 кг стронция-90 (если допустить что он составляет 5% осколков, то запуск образует примерно 30 кг стронция-90) это тоже мало что нам скажет. Активность сама по себе мало что показывает. Почему всех так беспокоит именно стронций (и цезий -похож)? Не только потому что у него "средний" (десятки лет) период полураспада и соответственно высокая активность. Этот материал имеет свойство НАКАПЛИВАТЬСЯ, то есть концентрироваться в организм животных, а значит и человека. То есть стронций, выпавший в атмосферу тонким слоем не страшен сам по себе. 30 кг на всю планету – плюнь и разотри. Да хоть 3 тонны! Но эта дрянь осядет на травку (безопасным слоем), травку съедят коровки (на порядок повысив, скажем, концентрацию), коровка даст молоко (где этого стронция будет уже многовато), молоко выпьют дети. Стронций мимикрирует под калий, который накапливается у растущего организма в костях и в итоге у ребенка в организме появляется опасно активный (как считается) источник радиации.
Тут все очень сложно, скользко и хлипко (тем более учитывая степень маразм в народе вокруг радиации). Поэтому просто сравнивать активность урана и тория с активностью продуктов распада – как сравнивать корову с теплоходом.