Двигатель для межзвёздных перелётов

[Rattus]

все эти космические инфракрасные телескопы годами работают постольку-поскольку на борту есть запас жидкого гелия, который и поддерживает собачий холод на зеркале

Именно жидкого - ибо, как тут подсказывает Капитан О., жидкость почему-то легче прокачивать по теплообменникам и выводить через сопло, чем твердое тело. Потому-то и используют для получения особо низких температур (единиц кельвин) именно гелий. А для сверхнизких (долей кельвин) - конкретно гелий-3. Ну и в металлах у него значительно меньше растворимость чем у водорода.

испарение твёрдого вещества в газ (сублимация твердого водорода) лучше чем просто жидкость-газ (гелий)

Чем же лучше-то? В соседней теме об абиогенезе недавние сообщения про то, что испарение жидкостей и твёрдых тел идёт с одной интенсивностью при одинаковых условиях согласно уравнению Кнудсена не читали? Конкретно водород же тут может быть лучше конкретно гелия разве что только тем, что у него молекулярная масса меньше вчетверо, но с учётом того, что она в уравнении в сомножителях делителя под квадратным корнем, это уже не такая большая разница будет и с учётом всего вышеизложенного - что водород как хладагент можно свободно гонять по бакам трубам и соплам только от 15 кельвин - овчинка вряд ли вообще стоит выделки.

Бактерии, да, может быть там и можно будет посеять (просто разбросав их как можно шире в самые подходящие места).
Но когда вы начнёте высаживать там куда более сложные организмы (эукориотическую многоклеточную жизнь) и создавать сложный биом планеты, где гарантия что вы правильно подобрали семена, виды?

А вот это кстати да. Но проблема тут не в подборе видов и форм организмов в первичные биоценозы, сколько в потребном на это времени. Штерн уповал на модифицированных цианобактерий или каких-либо водорослей, которые-де должны, невзирая на возможное вокруг богатство восстановленного растворимого железа, стойко и со всем усердием заниматься более сложным и опасным кислородным фотосинтезом (хотя что тот же кислород будет сразу по выходу из клетки прежде всего окислять то же самое железо, а не лететь в атмосферу - тоже не рассматривается) и управиться за считанные тысячи или десятки тысяч лет.

Они даже прогладили с "геологией". У них стал связываться кислород из воздуха в неправильно выбранном строителями бетоне перекрытий. На планете, которую мы видели только в телескоп, таких "строительных" огрехов будет - мама не горюй!

О! - Оказывается практически та же проблема!
Кислородная атмосфера на планете в итоге будет, если она в своём криогении не застрянет полностью, но за совсем другие сроки.
Мне это представляется одним из наиболее слабых мест его проекта, но это уже разговор для совсем другой темы

[alex_semenov]

  Мне вот все еще интересно. Удалось ли разогнать ну хоть что нибудь до ощутимых скоростей солнечным ветром или лазером в открытом космосе? Эксперименты в миниатюре.

В 2010 г был вместе с АМС "Акацуки" был запущен аппарат IKAROS с парусом площадью 200 м², который за время полета обеспечил приращение скорости 400 м/с.

Он летел к Венере, получается - он тормозил? Или что, или как? Непонятно. Хоть бы картинку с орбитой выложили, что ли.

Господи... Ну кто из образованных людей нынче сомневается в давлении света? Житие мое!!!



Детский сад какой-то!
Ну всё просто до идиотизма!







импульс света p - его энергия (число фотонов N на постоянную планка h на длинну волны) делённая на скорость света.
Сила ДАВЛЕНИЯ света - ИЗМЕНЕНИЕ импульса фотона за время t.

F= dp/dt

Если у вас идеальное зеркало и фотон на него падал с импульсом +p (импульс - это вектор), а отразившись улетел с импульсом -p, то изменение импульса



Ну, а мощность света, Ватт или Дж/с:



отсюда сила давления света на идеальное зеркало:



Если фотон упал на абсолютно чёрный экран (был поглощён), изменение импульса фотона от +p до 0, то есть  сила давления становится в половину меньше.
Ну и любое реальное зеркало, имеющее прозрачность t (от 1 до 0) и зеркальность r (от 1 до 0),  сила давления света на него:



И теория и опыт тут совпадают очень хорошо! Что за дурацкие сомнения?
Мощность потока света в космосе у Земли (солнечная постоянная) составляет где то в среднем сейчас 1360,8 ± 0,5 Вт/м²
Ну вот и считайте давление света на метр квадратный непрозрачного (r=0) паруса на орбите Земли (алюминиевая фольга отражает 95% падающего на него солнечного света):

P = F/S =(1+0,95)*(1-0)*1361/299792458  =8,85262E-06 Н

То есть, чтобы получить 1 Н тяги солнечного света ван нужно 1/8,85262E-06 =112960,8538 м² или квадрат со стороной 336 м
Много?
В смысле малая тяга?
Ну так а что вы хотели? Тем не менее есть. И действует постоянно и что называется "даром". Никакого прокляться формулы Циолковского (расплаты массой), а если это дармовой солнечный свет, то и никаких затрат энергии.
И вы хотите что бы природа подарила вам такую шару свосем нашару?
Это - не педагогично!
Должны быть минусы. Они и есть. Давление - мизерное...
 
Что бы такой кваратный парус со стороной 336 метров начал двигаться с ускорением, скажем, 1 м/с, его масса должна быть 1 кг.
1 ньютон на 1 кг будет 1 м/с. Второй закон Ньютона F=ma или a =F/m
Всё есть, что называется, в учебнике Перышкина.



[то есть, если вы дипломированный советский инженер или просто хорошо понимали в школе физику, вам всё дастся очень легко и приятно]


Тогда метр квадратный нашего паруса должен весить те самые 8,85262E-06 кг или 0,00885 грамма. Берите любой металл (алюминий, бериллий) и по плотности считайте толщину. Быстро выясниться что толщина настолько ничтожна,что нулевую прозрачность вам обеспечить не получится... (возьмите фольгу от шоколадки и посмотрите через нее на лампочку или солнце, вы увидите что она пропускае ствет).
Поэтому, если вы стремитесь к максимальному ускорению, возникает задача оптимизации...




Максимальное усконерие, какое вы в принципе можете добиться для алюминиевой "фольги" на 1 а.е. как видим 0.27 м/с²
И это - очень круто! За 100 часов... 97,2 км/с! И это у чёрта на куличках от Солнца, на 1 а.е. от него! И вы хотите сказать что природа к нам зла?
Конечно тут нет такелажа и полезной нагрузки... Ну так....
В общем...
Тут и начинаться настоящая световая парусная инженерия. Очень красивый и по-своем стоящий в стороне раздел. Скоро вам понадобится закон Стефана-Больцмана, вспомнить что с приближением к Солнцу мощность излучения растет по закону обратных квадратов... Что давление света - вектор и можно поэтому как разгоняться светом (уходя от Солнца) так и тормозить (приближаясь к нему)...
Там целый мир интереснейших идей, находок и решений. И лазерный парус (со своими заморочками) - своего рода вершина всего этого...
Я когда погрузился во всё это, долго наслаждался этим и не мог оторваться.
Чего и вам - желаю...
Там много чего есть интересного и красивого. Не зря Дайсон в середине 1970 разменял свой прекрасный взрыволёт на всякие паруса (солнечные, радио, лазерные...)
В добрый путь!
 
Рекомендую (сразу что бы не читать хрень) вот эту работу Дрекслена в конце 1970х.
https://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/16234/06483741-MIT.pdf?sequence=1&isAllowed=y

[PostAlien]

Рекомендую (сразу что бы не читать хрень) вот эту работу Дрекслена в конце 1970х.
Межзвездный полет в википедии

Вообще, если интересует только система крепления паруса, то у Дрекслера есть её патент с описанием

[Vavanzer]

То есть, чтобы получить 1 Н тяги солнечного света ван нужно 1/8,85262E-06 =112960,8538 м2 или квадрат со стороной 336 м
Много?
В смысле малая тяга?
Ну так а что вы хотели? Тем не менее есть. И действует постоянно и что называется "даром". Никакого прокляться формулы Циолковского (расплаты массой), а если это дармовой солнечный свет, то и никаких затрат энергии.
И вы хотите что бы природа подарила вам такую шару свосем нашару?
Это - не педагогично!
Должны быть минусы. Они и есть.

   Слишком маленькая ПН. Ничего особо и не запустишь, кроме микроскопических маячков и зондов для дальних планет с доп движками.
   Кстати вродь давление солнечного ветра посильнее, чем солнечного же света?

Что давление света - вектор и можно поэтому как разгоняться светом (уходя от Солнца) так и тормозить (приближаясь к нему)...

  И еще боком лететь, за счет углового наклона плоскости ..

 Кстати, что если посчитать энергию торможения на околосветовых скоростях? Там же релятивистский эффект Доплера добавляется. Энергии волн растут!
  И еще, если путь совпадет с направлением какой нибудь мощной вспышки на звезде!)) Да и на Солнце тоже.

[Karagy]

Если фотон упал на абсолютно чёрный экран (был поглощён), изменение импульса фотона от +p до 0, то есть  сила давления становится в половину меньше.

Не раскрыта тема излучения фотонов этим абсолютно черным телом. Или оно у вас чудесным образом будет вечно холодное?

[Лунный заяц]

Эта вертушка работает на радиометрических силах, которые действуют на нагреваемое в разреженном газе тело.

И теория и опыт тут совпадают очень хорошо! Что за дурацкие сомнения?

Так где опыт-то?

Не раскрыта тема излучения фотонов этим абсолютно черным телом. Или оно у вас чудесным образом будет вечно холодное?

Тут проблем нет, излучаемые фотоны будут лететь равномерно во все стороны, суммарный импульс = 0.
Если импульс вообще есть, конечно 

[Vavanzer]

Не раскрыта тема излучения фотонов этим абсолютно черным телом. Или оно у вас чудесным образом будет вечно холодное?

 По идее там процент не большой, тот хвостик, который остается на поглощение (для диэлектрических покрытий это менее 1%).

   А вот тут один чел идею интересную высказал. Парящий на месте парус. Без орбитального движения. При размерах, создающих силу компенсирующую солнечную гравитацию на данном расстоянии.
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,131422.msg3276115.html#msg3276115
  Мож когда нибудь это будет иметь практическое значение какое нибудь. Там к примеру телескопы орбитальные, навигация по Солнечной системе и пр. Может быть даже для установок запуска межзвездных зондов.

[Karagy]

Для ясности. Вот у вас пластина - с одной стороны зеркальная, с другой - абсолютно черная. С зеркальной стороной всё понятно. Черная-же, поглощая фотоны, будет греться. Пока не придёт в состояние равновесия поглощаемой и излучаемой энергий. Т.е. станет рассеиваеть поглощаемую энергию излучением на 180 градусов.

[Vavanzer]

Эта вертушка работает на радиометрических силах, которые действуют на нагреваемое в разреженном газе тело.

Я одно время зассомневался в наличии давления света. Тк все эти опыты неубедительными казались. Там и потоки, и подогретый погран слой остаточного газа, сублимация в конце концов и ионизация, выброс электронов, и еще мож какие нибудь "срецэффекты". (Интересно бы кстать про это дело подробнее почитать, более дотошные опыты, где исключили максимум добавочных эффектов).
  Но есть один момент. То что у волны есть испульс, и при отражении она им обменивается и снова получает, но в другом направлении. Т.е некоторое давление просто обязано быть!

   Опять же еще и все эти идеи "испаряющейся плиты" не дают покоя (тк тонкий слой поверхности можно разогревать хоть до миллиона К, без ущерба для всего остального))).
Гениально, просто, и никакого колдовства с магнитным удержанием плазмы, тк она сама мшновенно сваливает куда надо! 
 
Что если парус облучать чем нибудь таким, что будет вышибать из него атомы высокой энергии, не пробивая при этом на сквозь? Или попроще, хотяб тепловое испарение. Или еще, например какое нибудь соединение, которое разрушается под действием фотолиза и превращается в газообразное высоколетучее (та же вода).
  Просто испаряя так или иначе массу, сила тяги гораздо интереснее получится! Испарять хоть лазером, хоть Солнцем. Хоть комплексом разных излучателей ))

[alex_semenov]

Эта вертушка работает на радиометрических силах, которые действуют на нагреваемое в разреженном газе тело.

Каких-каких сил?
Ну что за бред?
Блин...
Надоело уже спорить летали ли американцы на Луну?
Теперь будем оспаривать наличие светового давления?

Блин... и что же с вами такими тут теперь делать?
Будем опираться на силу наличествующей у каждого логики?



Или доверимся авторитету?


 

[PostAlien]

Слишком маленькая ПН. Ничего особо и не запустишь, кроме микроскопических маячков и зондов для дальних планет с доп движками.

Просто возьмите парус побольше...

Кстати вродь давление солнечного ветра посильнее, чем солнечного же света?

На расстоянии в одну астрономическую единицу его давление составляет 1–6 наноньютонов или в 1500–9000 раз ниже, чем у солнечного света.

А вот тут один чел идею интересную высказал. Парящий на месте парус. Без орбитального движения. При размерах, создающих силу компенсирующую солнечную гравитацию на данном расстоянии.
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,131422.msg3276115.html#msg3276115
  Мож когда нибудь это будет иметь практическое значение какое нибудь. Там к примеру телескопы орбитальные, навигация по Солнечной системе и пр. Может быть даже для установок запуска межзвездных зондов.

Прочтите уже патент Форварда Statite: spacecraft that utilizes sight pressure and method of use.

[Vavanzer]

Теперь будем оспаривать наличие светового давления?

  Чтоб поставить точку в вопросе, надо залезть в сам процесс отражения. Как там импульсы распределяются.
  В более простом варианте это отдаленно напоминает упругое столкновение. Когда молекулы при ударе у обоих тел "сжимаются" ближе, накапливая энергию сближения отталкивающихся зарядов, а потом силы кулоновского отталкивания, после исчерпания кинетического импульса, отпружинивают и отфутболивают обратно оба тела в разные стороны по векторам противодействия...
КПД процесса. Никогда не будет 100%, тк микропроценты энергии все равно идут на нагрев и механическое разрушение связей материалов...

  С волнами чуть по сложнее, там электроны участвуют...

[Vavanzer]

Просто возьмите парус побольше..

Не все так просто, сэр! С ростом размеров всегда растут проблемы, некоторые как снежный ком!

На расстоянии в одну астрономическую единицу его давление составляет 1–6 наноньютонов или в 1500–9000 раз ниже, чем у солнечного света.

  Благодарю за уточнение. Зачем тогда раньше в описаниях идей парусов именно солнечный ветер в качестве силы указывали? Получается, что от него толк будет только во время сильных вспышек!?

[Лунный заяц]

Каких-каких сил?
Ну что за бред?

Вы шутите или правда не знаете?

Или доверимся авторитету?

Мне очень хочется узнать об убедительных экспериментах, показывающих наличие светового давления, совпадающего с расчётным.

[alex_semenov]

С волнами чуть по сложнее, там электроны участвуют...

Что вы от меня хотите?
Есть масса видео (никогда особо не интересовался, но вот теперь полез). Действительно. Обычно вертушка (радиометр, то есть измеритель силы света)  от нагревания чёрной поверхности  (если вакуум недостаточный). Для того что бы вертушка реально двигалась давлением света нужен очень глубокий вакуум и очень тонкая подвеска крыльчатки.
От чего крутится вертушка легко понять. В зависимости от механизма вертушка будет крутиться в разные стороны.

РАДИОМЕТР

Об электромагнитном объяснении светового давления.

Давление света

И там есть описание прибора Лебедева. Да, там ничего не крутится. Там очень чувствительная крыльчатка просто отклоняется (скручивая нить) в нужную сторону.
Ну и с большими подробностями фильм. Как всегда старый.

Давление света 1976 г.

Лебедев сделал крылышки предельно тонкими что бы температура с обеих сторон была одинаковой и, оказывается, еще и РАСКАЧИВАЛ "крыльчатку" как маятник (включая-выключая свет) чтобы таки измерить давление света.
Да, согласен. Я был не прав. Все такие радиометры крутятся не в ту сторону и они таки крутятся "радиометрическими" (блин, никогда не знал!) силами. То есть просто давлением нагретого чёрной поверхностью газа.

Вы шутите или правда не знаете?

Я действительно не знал.
Никогда не вникал в тонкости опытов Лебедева. Зачем? А эта вертушка всегда присутствует... Её вечно показывают и часто как пример давления. И мало кто обращает внимание что крутится она не туда. Да, ею хорошо измерять силу или мощность светового потока (чем быстрей крутится тем выше мощность ...). Поэтому и радиометр.
Конечно, я еще в институте слышал что НЕ ВСЕ такие вертушки крутятся силой света, но я полагал что есть честные (с настоящим вакуумом крутящиеся куда надо, а нечестные с не настощим, слабым вакуумом, крутящиеся в противоположную сторону). Но теперь я понял, что все такие вертушки- "нечестные". Настоящая сила светового  давления слишком слабая что бы вот так лихо крутить лопасти в нужном направлении.
 

Кстати. Таки кое-кто добился от этой дурной вертушки того чтобы она крутилась куда надо... Лазером.

http://www.youtube.com/watch?v=0Hm75r1u-LE#

Всё! Это последнее видео раскрывает "тему сисек" полностью!


Зы...
Хотя... Не факт что вертушка крулилась силой светового давления.
Мог быть тот же самый эффект радиометрических сил. Зеркальная поверхность ведь не на 100% отражает свет. Хотя бы 5% но поглащаеся. И если светить лазером только на зеркальную лопость (как это сделал автор видио) то "радиометрические силы" будут сильней на пусть и зеркальной стороне, но освещённой.
Так что ничего он не доказал. Хотя так и радовался...
Тема систек... не раскрыта!!!

[alex_semenov]

Мне очень хочется узнать об убедительных экспериментах, показывающих наличие светового давления, совпадающего с расчётным.

Ну лебедевский эксперимент же! Он же не просто заставил колебаться маятник, но и померил параметры и показал, что давление света совпадает с расчётами по Максвеллу.


Рис. 2. Схема опыта Лебедева: В — источник света (угольная дуга); С — конденсор; D — металлическая диафрагма; К — линза; W — стеклянный сосуд с водой с плоскопараллельными стенками, играющими роль светофильтра; S1—S6 — зеркала; L1 и L2 — линзы; R — изображение диафрагмы D на крылышках (на рис. не показаны) внутри стеклянного баллона G; P1 и P2 — стеклянные пластинки; Т — термобатарея; R1 — изображение диафрагмы D на поверхности термобатареи.

Хотя да. Я тоже хотел бы посмотреть на настоящую наглядную демонстрацию (ну есть еще "Вояджеры" которые как раз силу давления света продемонстрировали...)

Ну вот очень хитрый опыт...
http://www.youtube.com/watch?v=lAlZEKdkA5Y#

Но я думаю народ это не убедит...

Интересна, а неужели нельзя всё-таки точно и твёрдо застваить крутится крыльчатку в нужном направлении и при этом твёрдо знать что это не частички остаточного воздуха?
Ну сделать большую крыльчатку. Хорошенько откачать воздух (ну как в радиолампах!) и светить очень мощным (киловатт!) лазером на обе лопасти (белую и чёрную)?

[Vavanzer]

Настоящая сила светового  давления слишком слабая что бы вот так лихо крутить лопасти в нужном направлении.
 

Кстати. Таки кое-кто добился от этой дурной вертушки того чтобы она крутилась куда надо... Лазером.

  А потом проводились ли анализы на факт наличия испаренного вещества вертушки в том самом "вакууме" и на стенках колбы?
 Ну хотяб сопротивление среды и степень ионизации еще.   Для железобетонного подтверждения и согласования с формулами нужны опыты с множеством датчиков, исключающих или учитывающих  множество других факторов.

Но. Даже если имеет место эррозия поверхности и ее вклад сильнее светового давления на порядки, это даже очень хорошо. Вертушки не испаряются сразу. Знач тонкая фольга может быть долгое время рабочим телом

[alex_semenov]

Но. Даже если имеет место эррозия поверхности и ее вклад сильнее светового давления на порядки, это даже очень хорошо. Вертушки не испаряются сразу. Знач тонкая фольга может быть долгое время рабочим телом

Если вы будете освещать и чёрную и свернул лопатку крыльчатки ОДИНАКОВЫМ потоком света (Вт/м²) и при этом светлая пересилит чёрную, это значит только одно - ее крутит давление света И БОЛЬШЕ НИЧЕГО.
Всякие испарения, всякие термические эффекты, фотоэффекты там какие-нибудь... сублимации... в вакууме у ЧЁРНОЙ крыльчатки будут сильней чем у белой.
Согласны?
Чёрная будет поглощать сильней энергию света чем белая и это будет вызывать (даже в чистом вакууме) у чёрной лопатки ЛЮБОЙ паразитный эффект  более сильный чем у белой. И крыльчатка (если паразитный эффект будет сильней силы давления света) будет крутиться   НЕ В ТУ  сторону.
Верно?
Если же крыльчатка при одинаковом освещении чёрной и белой лопатки крыльчатки одним и тем же светом крутится куда надо - это значит что ее крутит именно давление света. И никакой другой эффект.

[Vavanzer]

ОДИНАКОВЫМ потоком света (Вт/м2) и при этом светлая пересилит чёрную, это значит только одно - ее крутит давление света И БОЛЬШЕ НИЧЕГО.

  Хорошо. Это факт. Черная при этом будет гретья чуть сильнее, и изза теплоппроводности не будет успевать полностью выравнивать температуру. Пусть даже и доли градуса дельта будет.
  Ну а дальше, все зависит от свойств материала.

Чёрная будет поглощать сильней энергию света чем белая и это будет вызывать (даже в чистом вакууме) у чёрной лопатки ЛЮБОЙ паразитный эффект  более сильный чем у белой. И крыльчатка (если паразитный эффект будет сильней силы давления света) будет крутиться   НЕ В ТУ  сторону.
Верно?

Совершенно верно!
 

Если же крыльчатка при одинаковом освещении чёрной и белой лопатки крыльчатки одним и тем же светом крутится куда надо - это значит что ее крутит именно давление света. И никакой другой эффект.

  Полностью согласен!

 И отсюда следует, что можно попробовать поискать процесс посильнее, чем давление света. Вспомогательный. Нам же ничего не мешает!? Например чем нибудь жестким фольгу подсветить .
В отражении энергия простототражается, летит вникуда. Импульс фотона по отношению к его энергии очень низкий. Так же как у высокоэнергетических частиц. (энергия это mv2/2, а импульс это mv).
Т.е мы огромное количество энергии что Солнца, что лазера, просто "выкидываем" вникуда. А можем его задействовать для усиления разгона иными методами. И получим более звездные скорости!

Если 330х330м у нас всего 1 ньютон на 1кг, а 1 а.е от Солнца. То в энергии это 150 МВт, через эту площадь проходит. При гипотетических 1кг массы тонкопленочного паруса.

[Vavanzer]

Продолжу мысль .
Если на площадь 330х300м на 1 а е от Солнца падает суммарной энергии непрерывного спектра по 150МВт, столько же джоулей каждую секунду,
значит за сутки 150000000*3600*24=1,29*10^13 Дж.
Эт по сути энергетика ядерного топлива получается!

Если даже часть ее малую в реактивную силу некоторой массы паруса обратить, то прибавка к скорости нехилая.
Например. 0.5 кг паруса испаряется за сутки, используя 0.1% энергии и превращая ее в кинетическую улетевших молекул, то у нас будет:

V = ((2*1,29*10^13 * 0.001)/0.5)^0.5 = 227683 м/с.

Соотв есть потенциал увеличения кпд и силы подсветки. И уже можно перевалить за 1/1000 скорости света!
Надо лезть в радио-химию, искать там интересные реакции излучения с веществом !