Космический парусник: имеет ли он смысл?

[alex_semenov]

Не думаю что парус будет изготавливаться на прокатном стане. Скорей всего возмут подложку, напылят на нее тонкий слой алюминия, затем химическим способом удалят подложку.

Это один из способов. Только не химическим, а фото-физическим. Есть масса подходящих для подложки материалов, которые испаряются под действием ультрафиолета. Парус надо развернуть в космосе, повернуть к Солнцу  и он через некоторое время станет толщиной с мыльный пузырь.
Но это - один из возможных подходов.
Пленку можно и сразу изготавливать осаждением паров алюминия в вакууме на специальный слой. Как  - у Дрекслера описано.

Никто не говорит что изготовить такой парус - пара пустяков. Я говорил и еще раз скажу. Звездолет - это экстремальная машина. Машина предельных возможностей (двигающаяся на предельной скорости). Поэтому потребуется вся сумма знаний, вся сумма технологий, весь опыт человечества. Это вершина, пик развития цивилизации.
Пока мы можем только оценивать физическую реализуемость такой машины.
И в отношении изготовления парусов я не вижу каких-то непреодолимых  физических трудностей. Трудно, да. Но физически вполне достижимо.

[alex_semenov]

Все. Я кончил.
Какие еще будут вопросы?
 

AlexAV, я бы очень хотел получить оценку "зоны поражения" пылинкой.
Во сколько раз эта зона будет больше диаметра?
Смотрите в чем фишка.
Если зона поражения будет не более 10 диаметров, то для ПЕРФОРИРОВАННОГО паруса это не проблема. Он этого и не заметик.  Если мы ориентируемся на инфракрасное излучение, то шаг перфорации и получатся где-то порядка микрона- пары микрон (шаг перфорации примерно 1/4 длины волны).
Да, 10 мкм длина волны - это очень неудобно в смысле габаритов собирающей оптики. Но по массе других причин очень удобно иметь излучение подлиннее (в частности для его генерации). А теперь получается, что переходить на большую длину волны излучения есть смысл и по соображениям стойкости паруса к пыли. Это если зона поражения, "дырка", не будет в 100 или 1000 раз больше самой частицы, разумеется.
Улавливаете ход моей конструкторской мысли, товарищ ученый?

[Проходящий Кот]

Здесь есть тема
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,99223.0.html
и там всё сказано....

На ерунду ссылки не давайте
"Фишка в слове нанотехнологии" 

ну понятно. "А Баба Яга против" ....

[vsevolodson]

Как ни крути, любой РЕАЛЬНЫЙ звездолет ( на скорости более .05c) будет "мыльным пузырем" по консистенции.

Да, так. Но проблема в том, что эррозия звездолёта будет расти кубически в зависимости о скорости. Это очень просто выводится. Энергия напора среды растёт квадратно, а кол-во среды за секунду - линейно. Мне не удаётся пока строго это доказать, но я уже чую, что звездолёты быстрее 0,01-0,1 С будут невозможны в принципе.

И объясняется это оксидной пленкой.

ВНЕЗАПНО. Откуда оксидная плёнка на звездолёте? Он что, с Земли стартует в развёрнутом виде?
Оксидная плёнка алюминия имеет толщину обычно в пределах 100 нм. Это толще вашего паруса. Подозреваю, к тому же, что э/м-параметры оксида алюминия отличаются от таковых у чистого алюминия в худшую для паруса сторону.

AlexAV, я бы очень хотел получить оценку "зоны поражения" пылинкой.

В вашем переводе статьи "реальности МП" есть такие оценки. Не годятся?

Да, 10 мкм длина волны - это очень неудобно в смысле габаритов собирающей оптики. Но по массе других причин очень удобно иметь излучение подлиннее (в частности для его генерации). А теперь получается, что переходить на большую длину волны излучения есть смысл и по соображениям стойкости паруса к пыли.

Поэтому я и говорил, что микроволновый парус - лучшее, что можно придумать. Может быть даже удастся применить длину волны побольше.

[Кремальера]

Цитата: alex_semenov от Сегодня в 13:30:43
Да, 10 мкм длина волны - это очень неудобно в смысле габаритов собирающей оптики. Но по массе других причин очень удобно иметь излучение подлиннее (в частности для его генерации). А теперь получается, что переходить на большую длину волны излучения есть смысл и по соображениям стойкости паруса к пыли. Поэтому я и говорил, что микроволновый парус - лучшее, что можно придумать. Может быть даже удастся применить длину волны побольше.

Дело не в парусе.И даже не в фантастических терраватах питающих излучатель.А в излучающей установке.Ведь будь у цивилизации подобный девайс-то клипера разлетались по галактике как почтовые голуби хоть каждые пять-десять лет.Эдакий межзвездный пулемет-месседжер.Но сейчас мы не можем вывести на НОО даже сотню тонн,что говорить о линзах километрового диаметра.Поэтому наверное надо ваять сие грандиозное сооружение на Земле,под нижней границей тропосферы,где-нибудь на нагорье Пуна.Конечно неизбежны потери,необходима будет изощренная программа включения луча учитывая вращение планеты.Да плюс ко всему без висящего неподвижно в L2 отражающе-аккумулирующего рефлектора не обойтись.Не представляю правда как сделать его вменяемым по массо-габаритам.

Никто не говорит что изготовить такой парус - пара пустяков. Я говорил и еще раз скажу. Звездолет - это экстремальная машина.

Экстремальнее не придумаешь.
Такой парус,о котором вы выше говорите(40Нм),да это не пара пустяков.Но заставить похудеть уже имеющуюся джаповскую перфорированную пленку в 0,5микрона,как минимум в три-пять раз, по силам даже и небольшой артели.Но повторюсь,дело не в пленке.

[alex_semenov]

В
Да, так. Но проблема в том, что эррозия звездолёта будет расти кубически в зависимости о скорости. Это очень просто выводится. Энергия напора среды растёт квадратно, а кол-во среды за секунду - линейно. Мне не удаётся пока строго это доказать, но я уже чую, что звездолёты быстрее 0,01-0,1 С будут невозможны в принципе.

Еще раз.
Суммарная энергия пыли не важна. Энергия (масса) потока пыли на порядки меньше энергии (массы) собственно энергии набегающего потока межзвездного водорода. Можете вы это понять?

И объясняется это оксидной пленкой.

ВНЕЗАПНО. Откуда оксидная плёнка на звездолёте? Он что, с Земли стартует в развёрнутом виде?

Оксидная пленка была на экспериментальных образцах с которыми и буржуи и наши ставили опыты и на которые ссылается Дрекслер. В земных лабораториях.
При осаждения пленки паруса в космосе оксидному слою, разумеется неоткуда взяться. . . если появление этого слоя не предусмотреть техпроцессом изготовления.
Не задумывались о такой возможности?
 

Оксидная плёнка алюминия имеет толщину обычно в пределах 100 нм. Это толще вашего паруса. Подозреваю, к тому же, что э/м-параметры оксида алюминия отличаются от таковых у чистого алюминия в худшую для паруса сторону.

Не знаю. В приведенной статье Дрекслера оксидная пленка - пару нанометров, каежется. В любом случае люди эту пленку ДЕРЖАЛИ В РУКАХ. И тестировали на прочность.
Зачем спорить на ровном месте?

AlexAV, я бы очень хотел получить оценку "зоны поражения" пылинкой.

В вашем переводе статьи "реальности МП" есть такие оценки. Не годятся?

Во-первых это не перевод. Это статья нашего товарища. Она была на самоиздате я ее отрихтовал (рассавил регистны в цифрах как надо) и выложил у себя.

Во-вторых. Не годится.  Я уже раверное раз пятый пытаюсь объяснить. Там речь идет о КРАТЕРАХ. Пылинка попав в ТОЛСТЕННЫЙ лобовой щит, влепит в его тело всю свою энергию и образуется огромный кратер. Из щита выбивается масса много большая чем масса самой пищики. Поэтому титановый щит быстро съедается (кстати автор, кажется взял слишком завышенные данные по плотности пыли). Но это тупой щит. Глупый щит.
Щит надо делать не так.
Но речь ведь не о щите. А о парусе. Парус - тоненькая пленочка. Пылинка пронзает ее ЕДВА потеряв свою скорость и энергию. Хотя этой энергии хватит на ряд хитрых процессов, о которых и говорит AlexAV. Наверняка она вся испарится (как и испариться часть паруса, осталось выяснить какая часть).

Поэтому я и говорил, что микроволновый парус - лучшее, что можно придумать. Может быть даже удастся применить длину волны побольше.

Увеличьте длину волны в 10 раз и вы увеличите диаметр фокусирующей линзы в 10 раз. А линза на 1 мкм волну у меня для 100 км паруса и так получается (при разных скоростях разгона) 300 - 800 км в диаметре.   Значит  на 10 мкм уже 3 000 - 8 000 км.
Улавливаете?
Форвард, конечно предлагал для "starwisp" (массой с почтовую марку) в 1 км диаметром фокусирующую линзу в 60 000 км (да, да!) из тонкой сетки. Но все равно  диаметр такой излучающей апертуры получается за пределами добра и зла.

[alex_semenov]

Поэтому наверное надо ваять сие грандиозное сооружение на Земле,под нижней границей тропосферы,где-нибудь на нагорье Пуна.Конечно неизбежны потери,необходима будет изощренная программа включения луча учитывая вращение планеты.Да плюс ко всему без висящего неподвижно в L2 отражающе-аккумулирующего рефлектора не обойтись.Не представляю правда как сделать его вменяемым по

Вообще есть проекты разгона очень мелких зондов к Койперу, батареей микроволновых излучателей. Но я думаю это ерундовая затея. Тут в начале есть мои объяснения почему. С парусами есть смысл возиться, если скорость вашего полета не меньше 0.1с.
Для меньших скоростей есть по крайней мере две достойные альтернативы.
Поток материи (и магнитная петля-парус) или запитать ионные двигатели корабля через приемную антенну. Ионный зонд, снабжаемый энергией по лучу.

Но самое главное. Лазерный ли парус, ионный зонд на луче или петля-парус.  Подобный экстремальный звездолет человечество сможет построить ТОЛЬКО выбравшись на верхнюю площадку логистической кривой НТР. Мы сейчас, скорей всего, только в ее середине. К тому времени, когда мы доберемся до верха, у нас уже должен быть и ИИ и саморепликаторы на Луне (а значит и по всей Солнечной системе). И значит никакой проблемы с выводом из нашей гравитационной ямы каких то там тонн.
То есть, городить что-то в горах на Земле - лезть поперек батьки в пекло.

[vsevolodson]

Еще раз.
Суммарная энергия пыли не важна. Энергия (масса) потока пыли на порядки меньше энергии (массы) собственно энергии набегающего потока межзвездного водорода. Можете вы это понять?

Я в том месте говорю о среде вообще. Будь она хоть водяной, зависимость будет кубическая от скорости.

Не годится.  Я уже раверное раз пятый пытаюсь объяснить. Там речь идет о КРАТЕРАХ. Пылинка попав в ТОЛСТЕННЫЙ лобовой щит, влепит в его тело всю свою энергию и образуется огромный кратер.

Что мешает вам взять его диаметр?

[vsevolodson]

В любом случае всякий реальный звездолет будет иметь габариты планетоида и плотность мыльного пузыря. Парус - один из кандидатов. Второй кандидат - токовая петля магнитного паруса (и парашюта). Там вообще показывать нечего.

Как ни крути, любой РЕАЛЬНЫЙ звездолет ( на скорости более .05c) будет "мыльным пузырем" по консистенции.

Т.е. звездолёт - это то, что быстрее 0,05С, по вашему. Понятно...

[vsevolodson]

http://go2starss.narod.ru/pub/E32_UTSS.html

Да, не всё так гладко с изготовлением паруса:

вокруг рип-стоп-волокон имеется много морщин, которые скорей будут рассеивать солнечный свет, чем отражать его строго зеркально, что не желательно, если мы хотим получить максимум светового давления

- как это делать - непонятно...

Для ультратонких парусов потребуется внедрить рип-стоп структуру непосредственно в алюминиевый слой, так как после разворачивания паруса на нем не останется никакой пластмассовой основы.

- как это делать - непонятно...

Кроме того, парусу нужна микросетка, а вовсе не плёнка. Для этого придётся чудесным образом изготовленную плёнку ещё долго-нудно перфорировать лазерами. Для одного паруса получается что-то порядка 10²⁴ дырок! Пора нанимать хорошо плодящихся наногномов с лазерами! И это чтобы отправить ПН массой со стиральную машинку без возможности торможения!

Используются ультрафиолетовые лазеры для сверления отверстий в масштабе ~100 нм с возможностью позиционирования интервалов ~ 102-110 нм. В будущем, возможно, этот параметр будет улучшен.

Подобные вещи делают э/м-парус нереалистичным способом МП с консервативной точки зрения.

Всё верно. Железно, уверенно реализуем лишь термоглиссер со скоростью 0,001С и вариациями сопел разной степени реализуемости для повышения УИ. ПН может быть до 1 мт - водород и солнечная энергия чуть ли не бесплатны в космосе.

За ним следом идёт магнитно-парусная медуза с 1 кт ПН и профилированными ядерными зарядами. Если проблему разрушения строп под действием взрывов решить (а это не так сложно), то имеем концепт для скорости перемещения в 0,01С. Как видно, ПН уже сильно меньше, так как в качестве источника энергии используется дорогое делящееся топливо. Увеличение скорости всего на порядок привело к уменьшению ПН на 3 порядка и возникновению технологических проблем.

И уже если будут решены несметные тучи технических проблем с парусами, в распоряжении появятся корабли со скоростями в 0,1С. Но это уже слишком далеко за пределами сегодняшних технологий. ПН упадёт, при этом, ещё на 3 порядка - парус размером почти с Луну будет тащить жалкую тонну ПН.

[Прохожий]

Да, парус из ваших слов получается следствием Сферы Нанодайсона ---- тогда и проблема запуска больших релятивистских звездолетов тоже исчезнет...

[vsevolodson]

Да, парус из ваших слов получается следствием Сферы Нанодайсона

Дык так и есть. Сплошь нанотехнологии, но при этом - размером с планетоид!
ИМХО, парус реализуем только при помощи репликаторов (кто ещё будет 10²⁴ дырок лазером делать ради тонны ПН?). Но это уже за горизонтом человечества, посему, лично мне уже неинтересно. Благодаря теме я разобрался немного в парусе и укрепился во мнении - что это пока что чистая фантастика.

[vsevolodson]

Ещё ряд не слишком оптимистичных моментов.

1. Самый продвинутый способ разворачивания паруса - "надувные мачты", согласно статьям. Но это неприменимо к парусу размером с планетоид.

2. С момента разворачивания паруса и до момента когда парус наберёт скорость ~100 км/с микрометеориты будут падать на парус со всех сторон и под какими угодно углами. Это плохо, поэтому здесь нужен рассчёт, демонстрирующий что это не перфорирует парус сильно (почему это нежелательно - см. п. 4).

3. С момента разворачивания паруса и до момента когда парус наберёт скорость ~500 км/с солнечный ветер будет обдувать плёнку паруса. И эти частицы будут иметь уже слишком малую энергию, чтобы не застрять в парусе. Эрозия солнечным ветром интересует на этом участке.

4. Перфорация даёт нулевой выигрыш. При увеличении числа/размера дырок падает способность паруса переизлучать тепло при одинаковой "приёмной" площади. Т.е. насколько вы уменьшите массу паруса перфорацией, настолько же придётся и уменьшить мощность луча. Учитывая, что нанодырки требуют ещё изготовления, становится очевидно, что они того совсем не стоят.

5. Совокупный учёт пунктов 2 и 3 говорит о том, что самопроизвольная перфорация паруса всё равно будет происходить. Из этого следует, что приближённый к реальности парус должен толкаться всё менее и менее мощным лучом, поскольку его качество как радиатора, падает со временем по причине эрозии. При этом ускорение паруса будет постоянно (если не учитывать ПН) по мере того, как парус "тает".

[Kochelev]

Думаю для алюминевого паруса, одиночный трек врятли будет большой проблемой. Метал текуч, и за счет диффузи востановит свое строение. А вот такелажу будет плохо от этих треков. Углерод, кислород и азот, это 1% межзвездного газа, а на кремний и железо будет приходиться мизер.

Во-первых не "такелажу" - а "рангоуту" - не путайте совершенно разные понятия, если не имеете понятия о преднапряженных конструкциях 
Во-вторых - читайте выше (мой месс) почему алюм не может быть парусиной!

[Kochelev]

Это один из способов. Только не химическим, а фото-физическим. Есть масса подходящих для подложки материалов, которые испаряются под действием ультрафиолета. Парус надо развернуть в космосе, повернуть к Солнцу  и он через некоторое время станет толщиной с мыльный пузырь.
Но это - один из возможных подходов.
Пленку можно и сразу изготавливать осаждением паров алюминия в вакууме на специальный слой. Как  - у Дрекслера описано.

[Прохожий]

Ещё ряд не слишком оптимистичных моментов.

1. Самый продвинутый способ разворачивания паруса - "надувные мачты", согласно статьям. Но это неприменимо к парусу размером с планетоид. 

1-парус должен создаваться на месте старта.                     

2. С момента разворачивания паруса и до момента когда парус наберёт скорость ~100 км/с микрометеориты будут падать на парус со всех сторон и под какими угодно углами. Это плохо, поэтому здесь нужен рассчёт, демонстрирующий что это не перфорирует парус сильно (почему это нежелательно - см. п. 4).

2-район старта надо обрабатывать излучением задолго до старта, чтобы уменьшить число подобных микрометеоритов.           

                                                                                   
3. С момента разворачивания паруса и до момента когда парус наберёт скорость ~500 км/с солнечный ветер будет обдувать плёнку паруса. И эти частицы будут иметь уже слишком малую энергию, чтобы не застрять в парусе. Эрозия с
олнечным ветром интересует на этом участке.

3-этот ветер будет попадать под возвратное излучение паруса и до паруса доходить не будет.

4. Перфорация даёт нулевой выигрыш. При увеличении числа/размера дырок падает способность паруса переизлучать тепло при одинаковой "приёмной" площади. Т.е. насколько вы уменьшите массу паруса перфорацией, настолько же придётся и уменьшить мощность луча. Учитывая, что нанодырки требуют ещё изготовления, становится очевидно, что они того совсем не стоят.

4-размер паруса определяет ПН.

5. Совокупный учёт пунктов 2 и 3 говорит о том, что самопроизвольная перфорация паруса всё равно будет происходить. Из этого следует, что приближённый к реальности парус должен толкаться всё менее и менее мощным лучом, поскольку его качество как радиатора, падает со временем по причине эрозии. При этом ускорение паруса будет постоянно (если не учитывать ПН) по мере того, как парус "тает".

  Самый вопрос --- это пункт 2. остальные вроде легче....

[Kochelev]

1-парус должен создаваться на месте старта.     

Остальное - "вне конкурса"

[vsevolodson]

1-парус должен создаваться на месте старта.

А сколько времени он будет создаваться? Ну допустим, вы подвесите балласт, чтобы парус светом не сдуло. Но ведь вы не сделаете балласт размером с парус, чтобы загородить его от солнечного ветра и микрометеоритов, пока он строится..

2-район старта надо обрабатывать излучением задолго до старта, чтобы уменьшить число подобных микрометеоритов.           

Не годится. Они не болтаются на месте, а снуют туда-сюда вообще-то со скоростями до 100 км/с.

3-этот ветер будет попадать под возвратное излучение паруса и до паруса доходить не будет.

Может рассчёт будет волшебных лучей, разгоняющих тучигаз и пыль? Или "мамой клянётесь"?

4-размер паруса определяет ПН.

Неверно. Далеко не только ПН. Вы не можете сделать парус меньше, чем требуется для того, чтобы квадратный метр переизлучал тепловым способом. И проблемы перфорации тут вообще ни каким боком.

[Kochelev]

1-парус должен создаваться на месте старта.
А сколько времени он будет создаваться? Ну допустим, вы подвесите балласт, чтобы парус светом не сдуло. Но ведь вы не сделаете балласт размером с парус, чтобы загородить его от солнечного ветра и микрометеоритов, пока он строится..
Цитата: Прохожий от Сегодня в 22:39:39
2-район старта надо обрабатывать излучением задолго до старта, чтобы уменьшить число подобных микрометеоритов.           
Не годится. Они не болтаются на месте, а снуют туда-сюда вообще-то со скоростями до 100 км/с.
Цитата: Прохожий от Сегодня в 22:39:39
3-этот ветер будет попадать под возвратное излучение паруса и до паруса доходить не будет.
Может рассчёт будет волшебных лучей, разгоняющих тучигаз и пыль? Или "мамой клянётесь"?
Цитата: Прохожий от Сегодня в 22:39:39
4-размер паруса определяет ПН.
Неверно. Далеко не только ПН. Вы не можете сделать парус меньше, чем требуется для того, чтобы квадратный метр переизлучал тепловым способом. И проблемы перфорации тут вообще ни каким боком.

Слова не мальчика - но мужа, зададим автору ахинеи (на и которую Вы отвечали) еще чуток вопросов по-пунктам:
1. К чему он будет "якорить" якорями?
2. А что им (микрометеорам) мешает налететь? Как-то я не представляю себе "гермозону" в космическом пространстве   
3. "ветер будет попадать под возвратное излучение паруса и до паруса доходить не будет" - а вот тут поподробнее  с какой стороны и что на что дует? 
4. И какой в единицах СИ у него поперечник планируется?

[vsevolodson]

1. К чему он будет "якорить" якорями?

Да пусть на круговой орбите болтается, в общем. Пыль собирает

4. И какой в единицах СИ у него поперечник планируется?

Это тайна за семью печатями. Посему придётся либо самому рассчитывать, либо на ходу придумывать. Я взял квадратный парус в вакууме со стороной 1000 км и ПН = 1 т. Слой 50 нм алюминия. Каркас углеволоконный, чёрный, нужен ещё с другой стороны, чтобы переизлучать эффективнее и держать саму плёнку.