Космический парусник: имеет ли он смысл?

[Бобр-99]

Давайте без разбора стороны подумаем, а что будет с черным парусом?

[Karagy]

Давайте без разбора стороны подумаем, а что будет с черным парусом?

Чёрным с обоих сторон или только с одной?

[Konstantin Schtsch]

Блин, точно, перепутала  а расскажите о технологических сложностях с бериллием? Что мешает сделать из него пленку?

Иметь не ядовитую жидкость с плотность больше 6 при комнатной температуру - это Природный Дар для точной прибористики (это о галлии)
Бериллий - был бы уникальным конструкционным материалом (не смотря на малую распространенность в Природе), если бы не:
1. Что чистый, что до/за эвтектика - только порошковой металлургией,
2. Термоэмиссии - нет, ионной бомбардировкой - вообще не осаждается, адгезия практически ко всем материалам - нулевая Хуже только фторопласт  ).
3.  Резкой - не обрабатывается
4. К тому же чертовски хрупок, если не легировать бронзой (при такой легатуре - фантастически низкая усталость - миллиарды циклов нагружения - лучших пружин в принципе нет).
5. И ядовит в соединениях - зараза...

А старая добрая гальваника - не?

[библиограф]

 
https://bibt.ru/41/78.htm?ysclid=mgibkcuj2d381267121

[Konstantin Schtsch]

Я помню, что пришёл даже к некой модели взаимодействия пылинки с парусом, который по толщине сопоставим с диаметром пылинки. Получалось что там неясная физика. Насколько большую дыру выжжет пылинка вокруг себя? Это был ключевой вопрос (я высчитал какой диаметр выжигаемой дыры смертельный, какой еще нет).

Допустим, проблему газа решит магнитное кольцо вначале и парус - обратный конус кольцами в его тени.
Это ещё и даст некоторое количество газа в качестве рабочего тела для прямоточного плазменника.




Но вот от пыли не спасёт и более широкий луч, выгоняющий её перед парусом. Да, он выгонит большую часть, да, остаток парус переживет, если бы не одно но:

Вокруг дырок- будет гораздо большая площадь с худшей отражающей способностью. метал покорежило, полимер помутнел и собрался в каплю, слои брегга слиплись и поменяли толщину.
И придется ориентироваться не на 99,9% отражения, а на 90,  в лучшем случае 95.
Иначе перегрев вокруг этих дырок разъест парус как грязь мартовский снег.

То есть поглощать и рассеивать придется в 100 раз больше чем мы тут себе навоображали. А это тяга в 100 раз меньше.

Возражения?

[Ly_S]

Если бы парус, как воздух , при нагреве поднимался вверх, в заданном направлении... 
Или нихромом обмотать... 

[alex_semenov]

Возражения?

Ускорение парусов Форварда рассчитывалось из термодинамики тонких АЛЮМИНИЕВЫХ плёнок (равновесная температура 2/3 температуры плавления) о которых в своей работе 1977-го года писал Эрик Дрекслер (и главные эксперементальные результаты там были из СССР, кстати) с коэффициентом отражения 1 мкм излучения 96% (4% - поглощение). Идея использовать "диэлектрическое" зеркало Брегга самим Форвардом была отметена сразу, так как отражатель получался слишком (по его мнению) толстым и парус удельно-тяжёлым (г/м2). Потом к этой идее вернулся Лендис и исследовал ее снова. Лендис так же предложил заменить алюминий бериллием (очень заманчивая идея). Ну и на идею бреговского зеркала с почти полным отражением 99.999... подсел уже Любин - главный теоретик проекта Мильнера-Хокинга, который по-сути всё поставил именно на это - лазерный "выстрел" (очень быстрое ускорение).  Так большинство БАНДЕРЛОГОВ теперь идею лазерного паруса и видят (ничего не видя по-существу) ибо что им натоптали в массовой прессе - дураки (как правил) - борзописцы,  там они и бегают.

Если бы парус, как воздух , при нагреве поднимался вверх, в заданном направлении... 

Если как следует вникнуть в проблему, то с самостабилизацией паруса на луче (изучал Лендис) всё путём. И приведённый тут выше рисунок - как раз ключ к решению вопроса.
На самом деле у лазерного паруса лишь три проблемы.

Первая  - доплеровская аберрация. Как далеко (нужен как минимум световой год) мы сможет СИНТЕЗИРОВАТЬ пятно Эйри? Удержать фокус? Задача - недетская. И кстати проблемой синтеза луча (интерференционной картины) и стабилизации излучателя еще в 1970х занимался и Форвард и Дайсон (он с этой проблемы, как я понял, зашёл в тему, навсегда отказавшись от бомболётов).

Вторая проблема - пыль. Мы тут ее обсуждали и вопрос остаётся открытым. Как долго сможет парус противостоять изъедающей его пыли? Много зависит от РЕАЛЬНОЙ плотности пыли и от эффекта, который пыль производит на парус. Там сложная физика и есть разные мнения (есть и обнадёживающие). Лично я считаю что хотя бы разгон (1 св. год.) парус выдержит, более того коридор разгона от пыли может чистить и сам разгоняющий парус луч.

Третья проблема - парус пригоден только для очень больших скоростей перемещения и значит для транспортной системы, которая нуждается в очень мощном источнике энергии, сравнимом с энергией падающей на поверхность Земли от Солнца. Да, можно попытаться сделать парус меньше, ускорять его быстрей и т.д. Но это всё - эрзацы. Неполноценные решения. То есть, такой лазерный парус - очень дорогое удовольствие. Но не необходимость.

[Konstantin Schtsch]

А что там с лучом материи?
Который по - большому счёту пучок протонов, посылаемый со всё возрастающей скоростью.

Какую дельту скорости, то есть энерги удара пучка о парус он может выдержать без разрушения?
20-25 кЭВ и всё?

И какая скорость диссипации пучка в межзвездном газе?

[alex_semenov]

Который по - большому счёту пучок протонов, посылаемый со всё возрастающей скоростью.

Нет. Там всё сложней. Речь идёт о посылаемых вслед кораблю лёгких "снарядах"-носителях импульса (еще их называют "макроны"), которые еще надо разогнать правильно (то что предложено до сих пор  - лазер - плохое решение) и на подлёте испарить в поток частиц, которые должны достаточно эффективно после этого отразиться от магнитного зеркала-петли (если это возможно) разгоняемого корабля. Масса вопросов связанных с реализацией. Например, все снаряды должны еще и корректировать свой курс, летя к кораблю как бабочки на свет...



Но теоретически это очень даже разумная идея. Тем более, что развивать ее можно с небольших начальных скоростей запуска подобных аппаратов. Например, в облако Оорта на "небольших" скоростях, скажем с 0.001с. Единственное что тут нужно - иметь опору в вакууме для "пушки". То есть хотя бы освоить Луну.

Фримен Дайсон (2003): Я думаю, что это все еще верно, хотя есть альтернативный способ - импульс потока материи (гранул) для путешествие к другой звезде, который может быть несколько более экономичным, хотя и более трудным в осуществлении. Вместо того, чтобы направлять на свой парус лазерный луч, вы запускаете в него шариками. Проблема в том, как поймать такой шарик, но в принципе, такое судно может быть намного меньше и компактнее, поэтому система может оказаться более экономичной. На самом деле это пока не было исследовано и проработано в деталях. Но я бы сказал пока, что поток гранул, возможно, является таким же хорошей альтернативой, как солнечный парус.

[Konstantin Schtsch]

Нет. Там всё сложней. Речь идёт о посылаемых вслед кораблю лёгких "снарядах"-носителях импульса (еще их называют "макроны"), которые еще надо разогнать правильно (то что предложено до сих пор  - лазер - плохое решение) и на подлёте испарить в поток частиц, которые должны достаточно эффективно после этого отразиться от магнитного зеркала-петли (если это возможно) разгоняемого корабля. Масса вопросов связанных с реализацией. Например, все снаряды должны еще и корректировать свой курс, летя к кораблю как бабочки на свет...

Сложности какие-то...
Я прикинул энергию протона для 0,1световой - это 4,73МЭВ.
Пишут что для таких энергий общепринятое расстояние свободного пробега в МЗС от 0,1 до 0,5светолет
Зачем при таких расстояниях париться со снарядами летящими в колонистов?

При такой длинне свободного пробега в среде где 1 атом на 1 см3 , время до значительной диссипации около 10лет. для 0,5с=143МЭВ=55лет.
Чтоб корму не порвало ионами догоняющая скорость должна быть не более 60км/с (25-30эв)
И тогда можно обойтись практически без паруса- кормой корабля, а если еще и магнитная петля - вообще шоколадно.
Для одного G для 200,000т нам надо подавать на корму около 200 дней протоны с массовым расходом 33т/с, равномерно увеличивая энергию.
~565млн тонн для разгона до 0,5с.
Это примерно масса Эроса.
Что там за мега ионная пушка должна быть- отдельный вопрос, но суммарная энергия одинакова, а мега-лазер тоже тот ещё квест.
Собсна концепция выглядит рабочей.

Добавлю, что если совместить воздуходуйку с лазером- то уже при 10па у паруса мы можем поиметь тепловой эффект как в школьной вертушке крукса - а это в 4300 раз сильнее давления света.
+ не нужно отражение 95, хватит поглощения 50% = в 10 раз меньшая мощность луча.
+ а это уже термофотовольтаика и 50% энергии для разных нужд, включая ионный двигатель для прилетевшей массы.
+ есть мнение, что под парусом накопится некая подушка с некоторым давлением, что ещё более увеличит тепловой эффект, но главное - позволит/потребует увеличить энергию вылетающих протонов, и, соответственно значительно снизит их расход.
И вот это уже гораздо интереснее чем парус и ионная воздуходуйка по отдельности.

может я где-то ошибся в расчётах? но тогда где и как?