Космический парусник: имеет ли он смысл?

[vsevolodson]

Тогда посчитайте энергию, которая ОСТАЛАСЬ в парусе! На вскидку. Она минимум в 2000 раз будет меньше кинетической энергии пылинки!

Эне. Это уже целиком зависит от пробега ионов пыли в парусе, т.е. от скорости и состава пылинки/паруса. Плюс к тому, пылинка потеряет некоторую часть энергии пока ещё ионы не отделились полностью от электронов - т.е. непосредственно в момент касания.

В итоге получаем, что пыль влияет на парус также, как и газ. Осталось доказать что пики Брэгга максимальной высоты в толще паруса не разрушат его.

А между слоями инертный газ/вода??

Да пущай пусто будет. Хотя можно сделать перепончато-надувной экран.

[Кремальера]

то длина ускорителя будет зависеть полностью от того какой статических заряд мы можем сообщить пылинке без ее разрушения.

Тэк.Стало быть от вещества пылинки тоже кое-что зависит.Если пылинка будет достаточно прочна чтобы выдержать мощный статический заряд,то размеры ускорителя могут быть вменяемыми..

[alex_semenov]

Импульс не куда не денеться, это факт! Ионы паруса, получат свой  импульс и будут двигаться от паруса на скорости примерно 2000км/с. Но образовавшиеся 27кэв электроны, двигаються со скоростями выше 0.5 с. Они как крысы с тонущего корабля(плазмоида) сбегут на парус, а на их место прибудут более холодные электроны с паруса. Вот если бы у нас парус был сделан из вещества, которое очень неохотно отдает электроны, тогда есть шанс что плазмоид унесет основную часть горячих электронов с собой. Как только плазмоид отлетит от паруса хотя бы на пару диаметров, неодна крыса(горячий электрон) с него уже не сбежит. Но это маловероятно, так как вокруг плазмоида будет все ионизировано.

Если заметная часть энергии которую я четко и ясно высчитал из законов сохранения для условия задачи как 3/4 от кинетической пылинки действительно РАЗБЕЖИТСЯ за 10^-15 c  действительно хотя бы процентов на 10  по парусу, (спрыгнуть с разогнанного вещества) тогда мой рисунок в руки и заниматься высокой физикой!



Все что сказано здесь четко и ясно : https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,101037.msg2220701.html#msg2220701 сказано четко и ясно и СОМНЕНИЮ НЕ ПОДЛЕЖИТ. Я специально все так сформулировал, что непонятности остались непонятными. Тонкости не видными и требуют уточнения. 
В том то и дело, что я почему-то был уверен, что все именно так процесс и видят как я! Ибо тут и мудрить  нечего!

[alex_semenov]

Тэк.Стало быть от вещества пылинки тоже кое-что зависит.Если пылинка будет достаточно прочна чтобы выдержать мощный статический заряд,то размеры ускорителя могут быть вменяемыми..

Ой! Не мудрите! Как раз с пылью заряд вряд ли будет играть каую-то роль. Хотя... Но все равно это копейки. Не стоит и вспоминать. Оставить все электроны в парусе можно только в диснеевском мультике.
Масса будет забрана. Это путь наименьшего сопротивления. И вопрос в разбежавшейся от канала прохождения пылинки энергии.
Как ее посчитать?
В каком виде она появилась? Электронная плазма (при пока что холодных ионах)?
Како на дальше распространятеся?
Там вопросов- тьма.

Поймите! Если канала нет, пылинка прошла сквозь материю без сквозного отвестия не забрав массу паруса, значит и энергии деформации она потеряла много меньше 3/4.
Энергия теряется (выделяется) только при неупругом перераспределении импульса. И никак иначе!
Если потрачено 100% энергии значит импульс полностью погратился (из 0.1с превратисяся в 0.000..1 м/с всей массы паруса)
Не нарешались вы в свое время, видимо, задачек по элементарной физике!
 

[ВадимZero]

Если пылинка будет достаточно прочна чтобы выдержать мощный статический заряд,то размеры ускорителя могут быть вменяемыми..

Прочность пылинки, определяеться ее химическими или ионныи связями. Вообщем разгонять пылинки, дело геморное. Эта кстати одно из ограничений магнитного паруса.

[alex_semenov]

В итоге получаем, что пыль влияет на парус также, как и газ. Осталось доказать что пики Брэгга максимальной высоты в толще паруса не разрушат его.

Да нет ничего общего между газом и пылью! Пыл - это концентрированый редкий поток энергии!!!
Пылинка 1 на 10^13 см3! А молекула водорода 1 на 1-10 см3! Оцените разницу! Газ рассредоточен и постоянно. А пылинка это сразу ... эм тысячи атомов плотно друг к другу! И в маленьком месте паруса она устраивает апокалипсис. А ваша водородина, даже застряв в парусе на пике Брегге... Она хотя бы заметно его  нагреет?
Никак не доберусь посчитать...
Самая худшая скорость для 30 нм 0.032с ?

[ВадимZero]

Тонкости не видными и требуют уточнения. 

Я так понимаю тонкость в том что Алекс считает что теплопроводность, паруса идет значительно быстрей, чем его радиационные потери. Потому и получаеться, что грееться сначала парус, а потом уже космос. Но я это прокоментировать не как не могу. У Алекса лучше получиться.

[alex_semenov]

Значит так.
Если на скорости 0.032с в пик Брега оказывается в середине 30 нанометровой пленки, то вот расчет данной ситуации.

При плотности 1 атом на см3 (хотя реально 0.1 -0.01) мы имеем 1 000 000  атомов на метр кубический. При массе атома водорода 1,67E-27, плотность этой среды 1,67E-21 кг/м3

На скорости 0.32с каждый м2 моего паруса проходит за секунду дистанцию 9 600 000 метров и в этом "кубике" ему попадается 1,61E-14 кг водорода. Налетая на наш парус (за секунду) он создает импульс при неупругом соударении 1,61E-14 Н/м2 или оказывает давление в  1,61E-14  Паскаля.
Что с энегрией? Если все протоны поглощаются внутри паруса (останавливаются) и их кинетическая энергия идет на нагрев паруса то это 0,74 Дж/м2
Для сравнения. Солнце обрушивает на 1380 Дж/м2 А наш парус будет получать от лазера раз в 10 больше (как минимум!). То есть что давление, что энергия набегающего водорода в самый худший момент, на пике будет ерундовая.
Хотя застрявший внутри металлов водород вещь крайне неприятная. Она приводит к значительному ухудшению механических свойств. Но наш плачь не об этом.
Дожить бы до таких проблем!
Как только пик пройден, парус становится прозрачным для  водорода. И теперь он нам мало беспокоит. Верно? Это то что я в свое время на НК назвал прохождением "водородного барьера".

[alex_semenov]

Я так понимаю тонкость в том что Алекс считает что теплопроводность, паруса идет значительно быстрей, чем его радиационные потери. Потому и получаеться, что грееться сначала парус, а потом уже космос. Но я это прокоментировать не как не могу. У Алекса лучше получиться.

Если бы мы знали восколько, то из моей модели можно было бы считать. Ну и надо знать с какой скоростью реально расползается  "цилиндь" поражения. Если эта скорость на порядок (хотя бы!) меньше света, то у нас все шансы победить.
В общем тут масса нюансов, которые могут как угробить так и спасти ситуацию.

Если окажется что парус все-таки сгорает даже не успев толком разогнаться, остается еще два рубежа обороны.
Первый - не сплошной, а перфорированный парус. Если его электроны такие шустрые внутри металлов, то пускай побегают через вакуумные ячейки!
Шаг ячейки h < 1/4 длины волны. При этом толщина перемычки a обычно такова что h/a ~10-100 (при больших отношениях падает зеркальность паруса).

Если и здесь у нас засада - возвращаемся к вопросу активной очистки пространства перед парусом в процессе разгона. Меня интересует только разгон! А на этапе разгона парус находится в очень мощном потоке энергии. Значит надо придумать простой механизм, позволяющий часть этой энергии направить на очистку пространства от пыли перед парусом. От самого парусника тут мало что берется. По сути речь о каких-то отверстиях в парусе. Не более!

[Nucleosome]

Пылинка 1 на 10¹³ см³! А молекула водорода 1 на 1^-10 см³!

не плотновато ли для газа?.. воздух обычного давления только в несколько млрд раз плотнее... типичная межзвёздная среда - где-то один атом на 1 см³, нет?..

На скорости 0.32с каждый м2 моего паруса проходит за секунду дистанцию 9 600 000 метров и в этом "кубике" ему попадается 1,61E-14 кг водорода. Налетая на наш парус (за секунду) он создает импульс при неупругом соударении 1,61E-14 Н/м2 или оказывает давление в  1,61E-14  Паскаля.

что-то явно не то - скорость у нас почти сто млн в сек, а не 9,6, то есть масса набегающей среды в десять, а давление в сто миллионов раз больше, чем вы насчитали - то есть не ^-14, а ^-5, правда это всё равно не много.

[Polnoch Ксю]

Вместо сплошного экрана должна быть стопка нанотонких плёнок, разделённых метром толщины.

А между слоями инертный газ/вода??

Экран уже обсуждался, предлагалась между слоями пустота, и мощное магнитное поле: вырываться будут только ионы, их траекторию можно поменять, что бы они не повредили второй слой экрана (если он вообще нужен, может быть можно сразу парус за экраном).

Можно сделать дырки в парусе, куда сливать плазму, в которую превратилась пыль, пробив экран.
Конечно, это все нужно посчитать.

Нейтральные атомы, пробив экран, тоже ионизируются, и их тоже можно отклонить с пути паруса, направив в дырки в нем.

Энергетика защитного магнитного поля может быть от лазера: очень незначительную часть площади паруса (конечно, тоже нужно считать!) могут занимать солнечные батареи.

[alex_semenov]

Пылинка 1 на 10¹³ см³! А молекула водорода 1 на 1^-10 см³!

не плотновато ли для газа?.. воздух обычного давления только в несколько млрд раз плотнее... типичная межзвёздная среда - где-то один атом на 1 см³, нет?..

Блин! 1-10  это не 1^-10 а от 1 до 10 см 3 на один атом.

То есть концентрация 1-0.1 см-3 Я  считал от 1 см-3. Один атом на см3.

что-то явно не то - скорость у нас почти сто млн в сек, а не 9,6, то есть масса набегающей среды в десять, а давление в сто миллионов раз больше, чем вы насчитали - то есть не ^-14, а ^-5, правда это всё равно не много.

Я думаю мы недопоняли друг друга. Но я пока расчет не закрыл…
Посмотрел по быстрячку... Да вроде все верно насчитал!

[Polnoch Ксю]

еще, по поводу обсуждения экрана перед парусом, напомню, что экран предполагался больше для защиты от водорода, у которого пик Брегга на небольшой скорости, что бы можно было сбросить экран по ее достижении, и дальше разгоняться быстрее (а не медленнее на деградировавшем парусе)

[ВадимZero]

Если и здесь у нас засада - возвращаемся к вопросу активной очистки пространства перед парусом в процессе разгона. Меня интересует только разгон! А на этапе разгона парус находится в очень мощном потоке энергии. Значит надо придумать простой механизм, позволяющий часть этой энергии направить на очистку пространства от пыли перед парусом. От самого парусника тут мало что берется. По сути речь о каких-то отверстиях в парусе. Не более!

Вопрос о расчистке, натыкаеться на два нюанса...Во первых пылинки имеют тугоплавкую серцевину, потому испарить можно лишь наружный намерзший лед. Во вторых, пылинки не стоят на месте а двигаються со скоростями 1-20км/с(они продукт эволюции звезд). А значит по мере того как вы выметаете пространство для паруса, в него в это пространство будут влетать новые пылинки.
Я выше предлагал, использовать дополнительный импульсный лазер, для ионизации пылинок. С длинной волны которая позволяла бы беспрепятствено проникать сквозь перфорированый парус.

[alex_semenov]

еще, по поводу обсуждения экрана перед парусом, напомню, что экран предполагался больше для защиты от водорода, у которого пик Брегга на небольшой скорости, что бы можно было сбросить экран по ее достижении, и дальше разгоняться быстрее (а не медленнее на деградировавшем парусе)

Я видел. Но меня эта идея не захватила. Да и зачем, если и так там нет серьезной проблемы именно с водородом на самом деле?

[alex_semenov]

Вопрос о расчистке, натыкаеться на два нюанса...Во первых пылинки имеют тугоплавкую серцевину, потому испарить можно лишь наружный намерзший лед. Во вторых, пылинки не стоят на месте а двигаються со скоростями 1-20км/с(они продукт эволюции звезд). А значит по мере того как вы выметаете пространство для паруса, в него в это пространство будут влетать новые пылинки.

Пылинки не надо ИСПАРЯТЬ целиком. Их нужно ВЫГОНЯТЬ из коридора по которому движется парус.  А выгоняться они будут просто. Луч их нагревает со стороны приближающегося паруса. Они испаряются (ведь покрыты они льдом) и… ускоряются от паруса. Но они ведь не идеальной формы. Поэтому они ускоряются не строго от паруса, а чуть в бок.
Эксперимент проводили на земле. Назвали это красиво: "лазерная метла". Луч лазера действительно очищается от пыли.
Да, через время очищенный путь опять затянется. Но нам и не надо держать путь очищенным все время. Он должен быть очищенным только в момент перед самым проходом паруса. А это обеспечивается именно автоматически, если парус работает как линза очищающего луча.
Далее. Разумеется, мы не очистим ПОЛНОСТЬЮ пространство перед парусом. Но нам полностью и не надо. Если мы снизим плотность пыли на порядок (а совсем хорошо на два!) то это уже может стать решением проблемы.

Проблема у такой метлы в другом, как мне кажется. Длина волны лазера наверняка больше размера типичной (как оказывается) пылинки.

Я выше предлагал, использовать дополнительный импульсный лазер, для ионизации пылинок. С длинной волны которая позволяла бы беспрепятствено проникать сквозь перфорированый парус.

Вот я тоже о чем-то подобном думал. Что пыль выметать придется отдельным, специальным коротковолновым лазером. Меньшей мощности. В общем, тут мороки будет много. Поэтому надо для начала все же разобраться, а надо ли?

[ВадимZero]

Пылинки не надо ИСПАРЯТЬ целиком. Их нужно ВЫГОНЯТЬ из коридора по которому движется парус.  А выгоняться они будут просто. Луч их нагревает со стороны приближающегося паруса. Они испаряются (ведь покрыты они льдом) и… ускоряются от паруса. Но они ведь не идеальной формы. Поэтому они ускоряются не строго от паруса, а чуть в бок.

Мы веть выгоняем не стоячую пыль, а летящую. Потому чтобы существенно расчистить путь, нам нужно придовать им скорость заметно большую чем у них имееться на этот момент. Иначе получиться что какието пылинки, которые не попали бы на парус, мы наоборт затормозим.

Вот я тоже о чем-то подобном думал. Что пыль выметать придется отдельным, специальным коротковолновым лазером. Меньшей мощности. В общем, тут мороки будет много. Поэтому надо для начала все же разобраться, а надо ли?

Мороки больше, но и гаранти выживания для паруса выше. Да и много ли мороки? Питание лазера явно нужно маленькое.  Длинна волны тоже маленькая, значит и линза нужна меньше. Можно светь сквозь парус, или сбоку так чтобы парус всегда попадал в расчищенную область. Стоимость защиты врятли вылезет больше 5% от стоимости всего проекта.

[Проходящий Кот]

.......
Энергия теряется (выделяется) только при неупругом перераспределении импульса. И никак иначе!
Если потрачено 100% энергии значит импульс полностью погратился (из 0.1с превратисяся в 0.000..1 м/с всей массы паруса)
Не нарешались вы в свое время, видимо, задачек по элементарной физике!
 

Помнится, подобное непонимание было при решении проблемы видимости Молота Люцефера при инерционном полете.

[vsevolodson]

При плотности 1 атом на см3 (хотя реально 0.1 -0.01) мы имеем 1 000 000  атомов на метр кубический.

Это оценка лишь для нейтральных атомов водорода. Кроме них есть ещё неучтёнка - молекулярный водород, ионизированный, нейтральный гелий и пыль. В сумме будет 0,5 атомов на куб. см. за гелиопаузой.

Прорезюмирую (по большей части для себя - чекпоинт) - пока что весь вопрос в том, сколько энергии/импульса потеряет пылинка в толще паруса. Если не прав и пропустил чего, поправьте.

[vsevolodson]

Масса будет забрана. Это путь наименьшего сопротивления. И вопрос в разбежавшейся от канала прохождения пылинки энергии.
Как ее посчитать?
В каком виде она появилась? Электронная плазма (при пока что холодных ионах)?

Ионы пыли, что продолжат своё быстрое движение, оторвут лишь небольшую часть ионов паруса и большую часть электронов. При этом электроны пыли застрянут тоже далеко не все. Суммарно получится, что в месте удара появится положительный заряд. Он продолжит разрушать ионную решётку около места удара.