Космический парусник: имеет ли он смысл?

[alex_semenov]

"хвостик" архива. Здесь более 300 К не дает помещать.

[alex_semenov]

Давайте вернемся к цифрам AlexAV

В парусе конечно. Пылинка с точки зрения паруса всего лишь сгусток частиц. При их прохождении будут иметь место обычные тормозные потери. При 0.1с  для углеродной пылинки и алюминиевого паруса это 550 эВ/нм на атом. Вся эта энергия первоначально пойдёт только к электронам паруса в месте удара.

При тормозных потерях в основном ионы передают энергию электронам. Тоесть ионы пылинки, передают энергию электронам паруса. И наоборот ионы паруса разогревают электроны пылинки.
Что у нас получаеться? При этом правильнее считать, не толщину паруса а толщину пылинки, так как ионы пылинки тормозяться на электронах паруса. Так при 550эв/нм и при толщине пылинки в 500нм, получаеться 275кэв! Это локальный ядерный взрыв.

И что ваши расчет дал?
Он привели к искомому?
Нас волнует диаметр ДЫРКИ. Эт то что нам надо найти.
Во первых почему пылинка у вас аж 500 нм? Что за блажь? Это самая крупная пылинка. Их будет на много порядков меньше чем мелких не 2E-13, а скажем 2E-15 .
Я же считал  усредненный эффект по мелким (и самым массовым) пылинкам!

Во-вторых. Ядерный не ядерный, посчитать энергию взрыва проще через кинетическую энергию. Тем более не ошибетесь. Вопрос не в этом. Вопрос в том во сколько раз диаметр отверстия при столкновении будет больше диаметра пылинки. Все!

Я посчитал выше ПРЕДЕЛЬНО ВОЗМОЖНЫЙ диаметр отверстия. У меня получился пол миллиметра. Больше в принципе быть не может просто по законам сохранения энергии. При таком отверстии, разумеется, от паруса ничего живого не останется в самом начале пути (хотя чтобы такие дырки получать он должен УЖЕ разогнаться до 0.1с).

Но корень вопроса - во сколько раз диаметр отверстия будет больше диаметра пылинки. Я четко и ясно свел все споры к этой проблеме.
Есть хорошая модель процесса?
Или способ показать некую граничную возможность?
Ясно что способ сохранения энергии не сработает. Почти вся энергия уйдет в излучение и в космос. Часть поглащенной уйдет на разрушение пылинки, часть на разрушение паруса. При 30 нм эти части поделятся поровну.
Но вопрос в более точной оценке этой энергии.
Какая часть хотя бы?
Можно оценить?

[Кремальера]

Часть поглащенной уйдет на разрушение пылинки, часть на разрушение паруса. При 30 нм эти части поделятся поровну.

Один момент.Мы изначально счтаем что парус у нас алюминевый,и стало быть чем он тоньше тем лучше.Ибо время воздействия на него пылинки будет уменьшаться пропорционально его толщине.Но ведь еще Форвард предлагал делать  не чисто алюминевую пленку.Что если мы добавим чутка хрома,увеличив отражающую способность и мех. прочность полотнища?Ну процентов так 9-10.Осаживать в вакуумной камере магнетрона будем слоями с разных мишенией(люминя и хрома)поочередно.Пусть полотнище получится толще,но хромическая объемно-центрированная решетка как следует впаянная в люминь,неизбежно усилит его,сделает более износостойким и стабильным. :-[Дырки будут поменьше.

[Кремальера]

"хвостик" архива. Здесь более 300 К не дает помещать.

Спасибо.Этого я не видел.Читаем.А статья Фрисби  о которой я говорил, помоему от 05 года,о возможных возможных приводах для МП и полетов внутри системы-ЕМНИП,просто развернутый доклад для RAND.

[alex_semenov]

Но если плотность окажется в 10-100 раз ниже - пыль при разгоне гарантированно непочем!

Стоп.
1) Пока ещё неясен характер взаимодействия пыли с парусом, конечный вариант времени разгона и макс. скорости. Вы не можете всё ещё этого утверждать.

Вы это вырвали из контекста. В контексте тех допущений что я сделал (про характер взаимодействия) получается именно так.
Насколько я понял, все стальные оценки сомнения не вызывают?
Корень проблемы свелся исключительно к характеру взаимодействия пыли с парусом?
Уже результат!
Согласны?
Мы четко поняли чего нам для понимания вопроса не хватает. Сократили все неизвестные до одной.

2) Межзвёздная среда тут вообще не причём, ясно, что парус будет разгоняться в пределах гелиопаузы.

А вот давайте посчитаем.
Вот школьная формула дистанции разгона:



Возьмите скорость 0.1 с  и ускорение, скажем 1 м/с2 (0.1g)
В итоге время разгона (t=v/a) будет 0.95 года (почти год). А дистанция 4,5E+14 м или 3000 а.е. или 0,0476 св. года.
Обратите внимание на последнюю цифру. Я вообще намерен использовать парус только как разгонный носитель. Поэтому я и брал 1 св. год. Потому что при 0.25с  я буду разгоняться при таком ускорении уже треть от светового года.
Но вернемся к 3000 а.е.
Эта дистанция В ОСНОВНОМ где лежит? В пределах солнечной системы или за ее пределами? Где у нас гелеопауза? На 300 а.е? Всего то?

Какую скорость наберет наш парус с 1 м/с2, пройдя только 300а.е?
Менее 10 тысяч км/с. Это 0,032с

То есть. Большая часть вашей пыли будет пройдена на очень небольшой скорости и учет плотности пыли в солнечной системы погоды не сделает. Поэтому я упростил задачу. При наших ошибках оценок довесок упомянутого вами фактора совсем не ощутим.

3) Не причём здесь также и сетка, так как не показано, что сетка будет таким же хорошим радиатором, как и сплошной парус.

Вернитесь к моему расчету и причитайте. Я сетку как раз и не считал. Я считал СПЛОШНОЙ ПАРУС. Да, Дэнфорт считал сетку. Но я перешел от его расчета к сплошному парусу. Это как раз был мой маленький вклад в методику.

Я понял, что вопрос о диаметре выгорающего отверстия как и позволяет оценить повреждение сплошного паруса. Если бы парус был сеткой, то о диаметре выгорания ВОПРОСА ВООБЩЕ НЕ ВОЗНИКЛО БЫ!
Улавливаете?
Пылинка диаметром 30 нм сносит перемычку, которая толщиной 40 нм и шириной порядка 100 нм. А шаг сетки в 10 раз больше. То есть слева и справа 1000 нм пустоты.
Вашим "горячим электронам" просто некуда отдавать свою энергию. В итоге вся энергия уходит в космос.
Перфорированный парус - это запасной плацдарм. Вторая линия обороны. Но мы надеемся удержать и первую!
Мы вернемся к перфорированному парусу, если AlexAV таки нас придавит и покажет что не все так радужно как мне видится.

Не показано также как делать 10²⁴ дырок. Посему, выводы ваши слишком натянуты оптимизмом.

Как делать перфорацию в парусе - отдельный разговор. Но о выводах. Да, возможно они слишком оптимистичны. Но я показал место где они оптимистичны. Я допускаю что при попадании в парус выгорит пространство всего в 10 раз большее чем диаметр пылинки. Если вы покажите что выгорит в 100 раз или даже больше - тогда у нас проблемы (которые опять таки не смертельны,  нам придется их решать перфорацией и активной очисткой космоса перед парусом).

4) Оценка 4% "металлов" в межзвёздной среде не даёт верхнего предела на пространственную плотность пыли. Так как пыль содержит также и водород. Это следует также из вашей картинки ниже.

Вы невнимательно следили за моей мыслью.  4% тут никаким боком. Вычисляя плотность пыли в межзвездной среде я отталкивался от трех идей.

1. Масса пыли это 1% от массы водорода.
2. Размер пылинок 0.01-0.2 мкм (и я взял среднее 0.03)
3. Плотность пыли как у воды 1 г/см3

В итоге я получил для плотности 0.1 атом водорода на см3 плотность пыли 2E-13 штук на см3. Обратите внимание! В окрестностях солнечной системы межзедная среда в 10 раз разряженней! 0.01 см-3. Но это особенности нашего места. Если бы я отталкиваля от этой велечины, я бы получил 2E-14 штук на см3 и тогда вообще никаких бы проблем с пылью не получил бы.
Я почему вам все ору: НАЙДИТЕ РЕАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ПО ПОЛОТНОСТИ МЕЖЗВЕЗДНЙО ПЫЛИ!!!
Как дракону в попу!
Просто смешно смотреть как вы считаете! Каждый тенет в свою сторону. Да, я тоже пытаюсь выйти на удобное мне решение. Но я не пытаюсь это сделать любой ценой и стараюсь быть честным, использовать как и положено в таких случаях, консервативные оценки мутных параметров. Вы же вечно вытягиваете откуда-то "нибулу" и тыкаете ею в нос! Если все считать от "нибулы" то вообще все всегда будет плохо!
Ну это же неспортивно, в конце концов!

А какая разница в данном случае? Он все равно проходит сквозь парус не заметив его сопротивление и делает свое грязное дело. Чпок! И дырка!

На низких скоростях и под произвольными углами, это, как раз таки не так. Пространство для разгона до гелиопаузы хорошо тем, что мало газа, но плохо тем, что много пыли. Ведь пыль в СС постоянно генерится.

Вот теперь я говорю СТОП. Не путайте разгон с "стоянием на якоре". Рассказывая про "чпок"  я говорил именно об оценке 1400 лет на уничтожение 1%  поверхности паруса в окрестности Земли у стоящего паруса.
В упор не понимаю каким боком тут УГОЛ удара? Ерунда какая-то! Есть ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ данные (видимо со спутника или скорей со станции "Скайлэб" ибо 95 м2 - это очень большой коллектор попаданий). Очень консервативные (как утверждают Мэтлофф и Малов), то есть хуже быть не может. Из них и следует что парус потеряет 1% своей поверхности от метеоритов в окрестностях Зелми за 1400 лет.
О чем тут можно еще спорить?

По поводу особенности разгона через СС я уже выше показал, что это не более 10% участка разгона. И самый медленный участок. Так что там повреждения (диметр отверстий) УЖ ТОЧНО будет с диаметр пылинки и даже высокая плотность микрометеоритов в начале разгона, нам сильно не повредит.  А вот межзвездная пыль, если парус будет выгорать более чем в 10 раз от диаметра пылинки (на больших скоростях) будет создавать проблему.

Что представляет собой наша УСРЕДНЕННАЯ пылинка?

Я думаю здесь ошибка. Вы считаете пространственную плотность исходя из средней пылинки. А дисперсия будет слишком велика, да и зависимость нелинейная. Ошибка может достигнуть 1-2 порядков.

Ема е! А я взял линейную зависимость?!!!
Диаметр пылинок по Вики от 0.01 до 0.2. Возьмите линейную зависимость! Что получите? 0.1 микрон. И если все пересчитать теперь на 0.1 микрон то у вас вообще будет пыли порядка 10^-15, а не как у меня 10^-3.
Если бы я линейно считал среднее, я вообще получил бы что можно 10 000  св. лет лететь с потерей 1% поверхности паруса.
Но я взял среднюю величину 0.03 мкм. По сути, я взял почти нижнюю границу размера! Так и будет скорей всего.

Комментарии, господа?

В целом - неплохо. Наконец-то мне удалось хоть кого-то из любителей парусов заставить рассчитать хоть что-то.

Вообще любителей что-то азартно считать, оказывается, очень мало!

Интересный момент. Вот и получили верхний и нижний пределы для оценки разрушения пылинкой. Истина будет где-то между...

Но вряд ли по-середине.

Хотя у меня (как сторонника паруса) здесь позиция похуже. Мне нужно что бы на разрушение паруса уходила не более 1/5 000 000 энергии. А это очень маленькая велечина. Очень маленькая! Наверняка будет больше.

Электроны пыли и паруса тоже расталкивать будут друг друга. И я думаю, что этот эффект будет решающим.

Мы имеем тут дело с масштабами, интервалами времени и энергиям настолько НЕПРИВЫЧНЫМИ нам, что тут интуиция не срабатывает. Тут нужен очень хороший уровень знания физики высоких энергий. Я думаю  среди русскоговорящих найдется не более сотни человек, которые бы взялись физику такого процесса расмамтривать.
Ну где вы видели микронные частички на скорости в десятую света?
Вон, AlexAV выдал умную мысль про электроны. Но дальше же молчит!
Почему?
Потому что дальше сам не знает, думаю…

Может быть. Только скорость реагентов его друг относительно друга настолько велика, что она сама их растаскивает по Вселенной....

Скорость распространения э/м-колебаний вдоль паруса будет равна скорости света и будет всё равно выше.

Вот и мне интуитивно кажется что главная проблема - световая энергия, которая выделится в точке попадания. Появится жесткий рентген. Какая длина волы? Куда он полетит? Во все стороны? Или будет как-то профилирован? Какая доля энергии столкновения превратиться в эти кванты?
Если бы это понять - уже можно что-то пытаться считать и по разрушению паруса.

[alex_semenov]

Спасибо.Этого я не видел.Читаем.А статья Фрисби  о которой я говорил, помоему от 05 года,о возможных возможных приводах для МП и полетов внутри системы-ЕМНИП,просто развернутый доклад для RAND.

Я эту статью взял на торрентах. В сети ее до сих пор - днем с огнем.

[alex_semenov]

Пусть полотнище получится толще,но хромическая объемно-центрированная решетка как следует впаянная в люминь,неизбежно усилит его,сделает более износостойким и стабильным. Дырки будут поменьше.

О нет! Я думаю что тут игра с материалами ничем нам не поможет. Все-таки речь идет о маленьком ядерном взрыве как не крути! Тут нужны другие хитрости. Одна из напрашивающихся - перфорация. Вакуум изолирует соседнии зоны от разрушения. Хотя вряд ли сильно. Квантам это не помеха. Да и горячим электронам - тоже.

[Кремальера]

О нет! Я думаю что тут игра с материалами ничем нам не поможет. Все-таки речь идет о маленьком ядерном взрыве как не крути!

А почему взрыв-то ядерный ??Насчет материалов далеко не все так ясно.По крайней мере для меня.Есть очень интересные сплавы хрома(хром-90,хром-30).Может удастся создать некий композит..Жаль что в этом не секу.Приходится по-детски открывать мир заново.

Эта дистанция В ОСНОВНОМ где лежит? В пределах солнечной системы или за ее пределами? Где у нас гелеопауза? На 300 а.е? Всего то?

Какую скорость наберет наш парус с 1 м/с2, пройдя только 300а.е?
Менее 10 тысяч км/с. Это 0,032с

Ну вот и все.Этим сказано.А больше чем 0.1С моему плебейскому флай-баю и не нужно.Не люблю долгие рейсы,но ради такого дела,ничего,сорок лет можно подождать.

Если бы это понять - уже можно что-то пытаться считать и по разрушению паруса.

Зачем что-то предполагать и считать?У InterOrbital на весну будующего года запланированы первые веселые старты на НОО.За кило пророчат 10 тыс. гринами(а в последствии и до 5).Мериканские универы и всякие школы для одаренных,уже всю ПН на первые пуски растащили.Будем поменьше налегать на ром и откажемся от новой зимней резины,глядишь и запустим "кусочек" хотя б размером с джаповский Икарос,в 2-3 кило.Эксперимент есть эксперимент.

[Проходящий Кот]

Пусть полотнище получится толще,но хромическая объемно-центрированная решетка как следует впаянная в люминь,неизбежно усилит его,сделает более износостойким и стабильным. Дырки будут поменьше.

О нет! Я думаю что тут игра с материалами ничем нам не поможет. Все-таки речь идет о маленьком ядерном взрыве как не крути! Тут нужны другие хитрости. Одна из напрашивающихся - перфорация. Вакуум изолирует соседнии зоны от разрушения. Хотя вряд ли сильно. Квантам это не помеха. Да и горячим электронам - тоже.

Вроде как идею ядерного взрыва при таких столкновениях, высказанную фортунатосом, угробили при рассмотрении Звездного Молота.....

[vsevolodson]

Насколько я понял, все стальные оценки сомнения не вызывают?
Корень проблемы свелся исключительно к характеру взаимодействия пыли с парусом?

Не совсем. Характер взаимодействия газа с парусом на скоростях 0,001 и 0,01 С будет другим. Он ещё будет застревать. Это вроде упустили. Считали только для 0,1С. Но считается это легко, можете отложить, я и сам может быть позже приведу оценки.

Эта дистанция В ОСНОВНОМ где лежит? В пределах солнечной системы или за ее пределами? Где у нас гелеопауза? На 300 а.е? Всего то?

Гелиопауза чуть далее 100 АЕ. Причём там скачок плотности газопыли вроде должен быть. Посему разгоняться либо за этой границей, либо до. До у вас есть примерно 90АЕ, что требует около 3g разгона до 0,1С.

1. Масса пыли это 1% от массы водорода.

Возможно я что-то упустил, но мне не понятно, откуда эта оценка. Я видел оценку 4% причём без учёта того, что на пыли есть намёрзший водород. Т.е. должно быть около 5%. Вряд ли более.

В итоге я получил для плотности 0.1 атом водорода на см3 плотность пыли 2E-13 штук на см3.

За гелиопаузой плотность 0,3-0,5 атомов на куб. см., до гелиопаузы - около 5 атомов на куб. см. на орбите Земли и падает примерно квадратично до самой гелиопаузы (т.е. на 100 АЕ будет около 0,0005, дальше - скачок плотности и более плотная межзвёздная среда).

Просто смешно смотреть как вы считаете! Каждый тенет в свою сторону. Да, я тоже пытаюсь выйти на удобное мне решение. Но я не пытаюсь это сделать любой ценой и стараюсь быть честным, использовать как и положено в таких случаях, консервативные оценки мутных параметров. Вы же вечно вытягиваете откуда-то "нибулу" и тыкаете ею в нос! Если все считать от "нибулы" то вообще все всегда будет плохо!
Ну это же неспортивно, в конце концов!

Не злитесь На меня произвели впечатление рассчёты из статьи "реальности МП". Но вам уже удаётся меня переубеждать. По крайней мере в незначительность влияния газа на скоростях около 0,1С я уже почти поверил.

Вообще любителей что-то азартно считать, оказывается, очень мало!

Эх, проще самому всё пересчитать, чем перепроверять
Но я занял позицию "прокурора", что заставил доказывать желающих реалистичность паруса, посему надо именно перепроверять...

Вон, AlexAV выдал умную мысль про электроны. Но дальше же молчит!
Почему?
Потому что дальше сам не знает, думаю…

Вот и мне интуитивно кажется что главная проблема - световая энергия, которая выделится в точке попадания. Появится жесткий рентген. Какая длина волы? Куда он полетит? Во все стороны? Или будет как-то профилирован? Какая доля энергии столкновения превратиться в эти кванты?
Если бы это понять - уже можно что-то пытаться считать и по разрушению паруса.

Преобладающая длина волны будет зависеть от того, сколько энергии пылинка потеряет в парусе умножить на 2. Т.е. можно прикинуть Т файерболла, из рассчёта Дж/кг. Полетит рентген преимущественно во все стороны (покуда скорость падения пылинки не превышает 0,8-0,9 С).

[Polnoch Ксю]

Эх, проще самому всё пересчитать, чем перепроверять
Но я занял позицию "прокурора", что заставил доказывать желающих реалистичность паруса, посему надо именно перепроверять...

Вы правильно все делаете Критика и проверка идей на прочность необходима.

Но Вы, vsevolodson, и Алекс Семенов, Вы считаете лучше всех нас
Например, я предпочитаю молчать, что бы не выглядеть глупо. Когда есть время, стараюсь перепроверить то, что вы считаете. А так... иногда просто тяжело придумать, как посчитать

[ВадимZero]

Во первых почему пылинка у вас аж 500 нм? Что за блажь?

Да чегото многовато я взял. Давайте возьмем в десять раз меньше 50нм, это уже ближе к среднему...Тогда энергия будет 27кэв..Эта температура выше чем нужна, для термоядерного синтеза.

Вопрос в том во сколько раз диаметр отверстия при столкновении будет больше диаметра пылинки. Все!

Давайте посчитаем...1эв это плотность энергии 48 000 кДж/кг, тогда плотность энергии в раене релаксации пылинки 1296000000 кдж/кг.
 Допустим для расплавления алюминиевого паруса нужно нагреть его на температуру 200 гр. это 186кДж/кг. Энергия взрыва у нас падает в кубе, тогда 1296 000 000/186 и возводим в кубический корень...Получаеться 191 диаметр....тогда грубо область поражения 91 квадратных микрон, от 50нм пылинки.
Но! Те цифры которые дал AlexAV справедливы для холодного вещества, с холодными электронами. В нашем случае, электроны не долго будут холодными, потому динамика взаимодействия пылинки на 0.1с с парусом в реале будет сложней. Реальные цифры скорей всего окажуться меньше тех что я насчитал, а вот насколько черт его знает. Если цифры реальные окажуться в 10 раз меньше, то площадь поражения уменьшиться в четыре раза, а диаметр соответственно в два раза.

[Прохожий]

Прикинуть выделяющуюся энергию можно так: m1-- масса пылинки, m2 -- масса захваченной части паруса, v0 --начальная скорость паруса , vk - конечная скорость пылинки+захваченная часть паруса.   Отсюда для закона сохранения импульса имеем:  m2*v0 = (m1+m2)*vk а для закона сохранения энергии:  m2*vo*v0/2 = (m1+m2)*vk*vk/2+ Evzr Теперь подставив сюда vk можем получить: Evzr =v0*v0*m2*(1- m2/(m2+m1))*1/2  Но всё опять упирется в m2 --- именно от него зависит сколько энергии выделится...

[Kochelev]

Дури ради, стоя в бесконечной пробке, решил прикинуть инженерную реализуемость паруса (безотносительно радиационного давления света и прочей глупости). Прикинул. Реализуем (слегнца за гранью современных технологий + некоторые натяжки).
Засада - срок жизни, столько-сколько там поколений?

[vsevolodson]

Вот уже и тов. Кошелёва убедили

Прикинул. Реализуем (слегнца за гранью современных технологий + некоторые натяжки).

В смысле - можно построить? Поясните.

[Kochelev]

Вот уже и тов. Кошелёва убедили

Прикинул. Реализуем (слегнца за гранью современных технологий + некоторые натяжки).

В смысле - можно построить? Поясните.

Я не говорил про "построить", я лишь позволил себе буйство разума 
Сколько лет служить парусина должна?

[vsevolodson]

Сколько лет служить парусина должна?

В теме же всё есть. А. Семёнов желает разгонять с ускорением 1 м/с² до 0,1С. Т.е. год.

[Kochelev]

А. Семёнов желает разгонять с ускорением 1 м/с2 до 0,1С. Т.е. год.

Я о сроке активного существования паруса (life time), то есть о временнОм периоде, после истечении которого - его можно выбросить на помойку окончательно (не тяга, не экран и пр.)

[Прохожий]

.....

Из этой фразы тяжело понять какова же взята плотность. Они просто брали очень консервативно  число столкновений в час метеоритов 0.5 микрон с некоторой поверхностью (93 м2) у Земли. Если пересчитать это на см2, то получим 0,003172 столкновения на см2 в час.
Что из этого можно вычислить?
Ну например за сколько часов парус потеряет 1% своей поверхности. Если мы будем считать что при попадании будет выгорать область в 10 раз большего диаметра, чем диаметр метеорита  то есть в 100 раз большая  площадь, то для того чтобы въелось 0.01 см2 нужно 40 000 попаданий микрометеоритов. А это 1,26E+07 часов. Или более 1400 лет.
Как говорится, комментарии излишни.
Кто тут печалился судьбой СТОЯЧЕГО (на якоре, у Земли) паруса?

Тоесть для Сферы НаноДайсона это тоже боковая проблема.....

[vsevolodson]

Я о сроке активного существования паруса (life time), то есть о временнОм периоде, после истечении которого - его можно выбросить на помойку окончательно (не тяга, не экран и пр.)

Ну а после разгона его придётся выбросить вроде. Хотя ещё вопрос, сколько времени будет деплоиться парус.