Космический парусник: имеет ли он смысл?

[dimetrigontchev]

Проволока, даже очень хорошая...быстро рветься под собственной тяжестью. Потому большого парусника из проволоки не сделать.

А откуда эта собственная тяжесть возьмется? Кстати, именно из проволоки и ниток парусники и делают.

[ВадимZero]

Проволока, даже очень хорошая...быстро рветься под собственной тяжестью. Потому большого парусника из проволоки не сделать.

А откуда эта собственная тяжесть возьмется? Кстати, именно из проволоки и ниток парусники и делают.

инерция при ускорении...

[dimetrigontchev]

инерция при ускорении...

"Кто нам мешает - тот нам и поможет" (С) "Кавказская пленница". Используйте реакцию опоры для раскрытия паруса и придания ему жесткости, то есть классическая преднапряженная конструкция. Витые нитки на разрыв - отлично работают.

[ВадимZero]

А это значит что, скажем, слив этой же энергии в вакуум космоса путем эмиссии электронов (кстати что вы по этому поводу скажете? Приводит ли прохождение пылинки к зарядке паруса сильно положительно?) будет куда более быстрым путем и зона уничтожения паруса обещает быть не такой ужасной как показалась в начале.

Слив электронов, наиболее вероятен в самом начале, во время торможения наших самых горячих электронов. Когда они свою энергию отдадут на торможение, слив уже маловероятен. Но во время слива, появиться разность потенциалов, и как следствие локальные токи, которые будут греть парус.
 

[dimetrigontchev]

Слив электронов, наиболее вероятен в самом начале, во время торможения наших самых горячих электронов. Когда они свою энергию отдадут на торможение, слив уже маловероятен. Но во время слива, появиться разность потенциалов, и как следствие локальные токи, которые будут греть парус.

Как вариант:
1. Материал с низкой электропроводностью.
2. Кисточки (как на законцовках самолетных крыльев) для стекания заряда.

[alex_semenov]

Он же вроде сразу это показал. Каждый атом углерода, пройдя через 40 нм парус оставляет энергию...27кэв. При этом каждый нуклон летящий со скоростью 0.1с имеет энергию порядка 3,5 мэв, тоесть для углерода это 42 мэв...Тоесть пылинка оставляет в парусе 0.15 % своей энергии.

И не вся эта энергия превратилась в разрушающее тепло. Часть ее передалась выбитой материи паруса как плата за сохранение импульса. Раз пылинка потеряла энергию, значит она затормозила, значит потеряла импульс. Столько же импульса должно передаться чему-то что вылетит из паруса. Значит и какое-то количество потерянной кинетической энергии. А разница между потерянной пылинкой и приобретенной материей паруса кинетической энергией - тепло, которое пошло на разрушение паруса.

[dimetrigontchev]

И не вся эта энергия превратилась в разрушающее тепло. Часть ее передалась выбитой материи паруса как плата за сохранение импульса. Раз пылинка потеряла энергию, значит она затормозила, значит потеряла импульс. Столько же импульса должно передаться чему-то что вылетит из паруса. Значит и какое-то количество потерянной кинетической энергии. А разница между потерянной пылинкой и приобретенной материей паруса кинетической энергией - тепло, которое пошло на разрушение паруса.

Пришла в голову дурацкая идея: использовать для защиты парусины активную броню. В качестве которой использовать основу на микросфере. Кварцевой и избыточным наполнением азота под высоким давлением. Которая - сухая жидкость. Ту из которой абляционные щиты делают. Глупость?

[alex_semenov]

Глупость?

В общем то да.
Парус не может себе позволить такую роскошь.

Но во время слива, появиться разность потенциалов, и как следствие локальные токи, которые будут греть парус.

А они так страшны? Кто считал?

[dimetrigontchev]

В общем то да.
Парус не может себе позволить такую роскошь.

А чем роскошь? Удельный вес - 0,02-03 от воды, цена - мизерная, прочность - фантастическая (не многим хуже мономера карбона). Выдерживает 2 с лишним тысячи градусов.

[alex_semenov]

Он же вроде сразу это показал. Каждый атом углерода, пройдя через 40 нм парус оставляет энергию...27кэв. При этом каждый нуклон летящий со скоростью 0.1с имеет энергию порядка 3,5 мэв, то есть для углерода это 42 мэв...То есть пылинка оставляет в парусе 0.064 % своей энергии.

Вы пересчитали, я вижу… Но уточнение! Пылинка ПОТЕРЯЛА в парусе эти 0.064% ВЕРНО? Но это не факт что эти проценты остались именно  в парусе. Часть этой энергии пошла на разгон какой-то массы для сохранения импульса. А то что после этого осталось - пошло на разрушение паруса.

Но это без учета потерь, на торможение электрона. К слову, 40нм паруса не достаточно для полного торможения электрона. И без учета, поправок на торможение на горячих электронах.

Электрон-Ы в 2000 раз легче и ошибка в доле их энергии 0.2%. Не думаю что их учет будет сильно влиять на результат.
Так вот, хоть режьте меня, но если мы говорим об НЕУПРУГОМ соударении это означает что в виде тепла выделилось:



Q/E1 - это доля начальной энергии E1, которая превратилась в тепло и пошла на разрушение и пылинки и паруса,  k  = dE/E1 - доля потерянной пылинкой энергии при прохождении паруса в  неупругом соудорении.
То есть при k= 0.064% (по вашим оценкам) на испарение паруса пошло 0.032% начальной энергии частицы. Половина от потерянной. Остальное ушло на доразгон вырванной из паруса массы в процессе просачивания (на компенсацию потерянного пылинкой импульса).
0.032% явно лучше, чем 75% в первом моем расчете.

Как получено выражение выше - могу показать. Опять же голая физика 8-го класса.
Но не это самое интересное.
По сути 50% или 100%  ушло на разрушение  не столь важно. Важно вот что.

Я решил посчитать какую часть паруса эти 0.032% испарят, если пойдут на этот процесс полностью (без всякого слива в космос). Я взял квадратную пылинку 50 нм. Посчитал ее массу (предполагая ее плотность плотностью алюминия). На скорости 0.1с получил энергию пылинки 0,000152 Дж.
Если она просачиваясь через ваши 40 нм растратит 0.064% своей первоначальной энергии то половину мы пускаем на испарение алюминия вокруг точки попадания. Считаю сколько алюминия испарилось, считаю объем и радиус испарившейся зоны.
Я получил 116 нм. То есть диаметр дырки получатся не более 233 нм. Это менее чем в 5 раз больше диаметра самой пылинки!
То есть, если вы считаете прохождение пыли ТАК, то можете смело брать диаметр дырки в 10 раз больше пылинки. Не ошибетесь!
Надо все еще раз пересчитать тщательней.
Но похоже что мы победили.
10 диаметров пылинки - это не идеально но это очень даже приемлемо! Это означает, что парус на стадии разгона прорвался 100% без всяких лазерных метел и  ухищрений!

[dimetrigontchev]

Надо все еще раз пересчитать тщательней.

Алекс, а вот теперь (простите за назойливость) ради интереса подсчитайте длину побега той самой пылинки на скорости 0,1С при условии что она врезалась к микросферу. Толщина стенки = ,001 микрона плавленого кварца, далее 0,01 микрон азота (или иного на Ваш выбор газа) при давлении 1000 тех.атм. С учетом ветрового напора.

[alex_semenov]

Как получена доля на нагрев из доли начальной кинетической энергии тела?
(проверяйте!)



Закон сохранения импульса для неупругого соударения двух тел массой М на скорости v и массой m на скорости 0:



Кроме того, получается:



Энергия деформации тепла - это разность энергий до и после:



Отношение (доля) этой энергии к начальной, разумеется:

 
 
Это главная наша формула. Наша задача - избавиться от масс!
Для этого давайте найдем отношение кинетической энергии только массы М после соударения к  энергии до (то есть то, что мы так хитро там считаем по формулам высокой физики):



И подставляем это в нашу "главную" формулу:



Где-то так.
Хотя особой роли  не играет 50% у вас пошло на разнушение или 100%. Главное что пылинка проходит насквозь теряя мизерную долю своей энергии.

[alex_semenov]

Алекс, а вот теперь (простите за назойливость) ради интереса подсчитайте длину побега

Не хочу.
Нет смысла уже. Мне бы теперь для полноты расчета научиться считать ту самую долю потерянной энергии k, что для меня насчитал Вадим...
Вадим, как вы считаете эту долю! Поделитесь!

Вот я нашел, кажется...
http://nuclphys.sinp.msu.ru/partmat/pm01.htm



Вы так считаете свои проценты?

[dimetrigontchev]

Не хочу.
Нет смысла уже

Как знаете...

[vsevolodson]

Рассчёт для случая скорости 0,1С не интересен. На меньших скоростях в парусе будет застревать всё, и энерговыделение достигает 100% от кинетической энергии набегающей частицы. Если меньших скоростей парус не переживёт, то и скорости в 0,1С он не достигнет никогда.

[alex_semenov]

Рассчёт для случая скорости 0,1С не интересен. На меньших скоростях в парусе будет застревать всё, и энерговыделение достигает 100% от кинетической энергии набегающей частицы. Если меньших скоростей парус не переживёт, то и скорости в 0,1С он не достигнет никогда.

На меньших скоростях энергия пылинки квадратично ниже. На 0.01с она в 100 раз меньше чем на 0.1с. Поэтому если доля поглощенной энергии возрастет в 100 раз (вместо 0.064% 6.4%) результат будет тот же. Ну а если 64% то да, дырка будет в корень из 10 больше. То есть раза в 3 больше.
Но надо учитывать, что эти скорости  быстро проходятся в процессе ускорения паруса. При равномерном ускорении в 10 раз меньшие средние  скорости длятся на интервалах времени в 10 раз меньших. А дистанция вообще квадратично меньше проходится. То есть пылинок собирается на малых скоростях квадратично меньше чем на больших.

[AlexAV]

Как получена доля на нагрев из доли начальной кинетической энергии тела?
(проверяйте!)

Не так, всё не так. Массы не сливаются.
А значит



Очевидным образом:


Тогда обозначая

получаем

Или если k<<1, приближённо


Т.е. энергия, передаваемая в виде импульса отдачи ~k², т.е. пренебрежимо мала.

Я взял квадратную пылинку 50 нм. Посчитал ее массу (предполагая ее плотность плотностью алюминия). На скорости 0.1с получил энергию пылинки 0,000152 Дж.

Что-то вы не так посчитали. Если брать даже ваши цифры по энерговкладу, то дырка у меня получилась радиусом не 116 нм, а 3,4 мкм.

Об остальном позже.

[alex_semenov]

Как получена доля на нагрев из доли начальной кинетической энергии тела?
(проверяйте!)

Не так, всё не так. Массы не сливаются.
А значит.

Гм… Если массы не сливаются, значит у нас УПРУГИЙ удар (других же нет!). Вернее не вполне неупругий удар. Но в этом случае на деформацию ТЕМ БОЛЕЕ идет энергии меньше чем при моем  неупругом слиянии!
Ну смотрите.
Чисто школьная физика.
Идеально неупругий удар рассеивает максимально возможное количество кинетической энергии.
Чисто упругий (идеальный) вообще не рассеивает ничего. Он перераспределяет кинетическую энергию.
Реальность по-середине.
Но любые версии полу-упрогих с деформацией и отскоком (что обычно и происходит со всякими шарами) разумеесся превращает в тепло часть энергии. Но в этом случае ВСЕГДА диссипирует энергии меньше чем в чисто неупругий вариант!
Поэтому я все время и  считаю неупругое слияние. Ибо больше чем при моей версии соударения энергии пылинки в тепол превратиться просто не может!

Т.е. энергия, передаваемая в виде импульса отдачи ~k², т.е. пренебрежимо мала.

Вот это мне совсем не понятно. Больше всего энергии теряется именно при чистом неупругом ударе. При слиянии (слипании). Если же что-то отскакивает, значит что-то вылетает, скажем, с большей скоростью и суммарной тепловой энергии (не кинетической) после взаимодействия должно выделится в итоге меньше!
А как у вас получается больше?!
Нет, может я действительно чего-то недо понимаю?

Буду пытаться понять вашу логику (хотя вы предельно лаконичны и как водится приходится буквально расшифровывать ваши записи, догадываясь что есть что. Еще та школа, надо сказать…)

Я взял квадратную пылинку 50 нм. Посчитал ее массу (предполагая ее плотность плотностью алюминия). На скорости 0.1с получил энергию пылинки 0,000152 Дж.

Что-то вы не так посчитали. Если брать даже ваши цифры по энерговкладу, то дырка у меня получилась радиусом не 116 нм, а 3,4 мкм.

К сожалению, вы правы. Файл поднял. Неверно записал теплоту испарения алюминия. Если взять верно, то у меня тоже будет 3.667 мкм…
 
А счастье было так близко!
 
Э-хе-хе! Вот так всегда!

[vsevolodson]

На меньших скоростях энергия пылинки квадратично ниже. На 0.01с она в 100 раз меньше чем на 0.1с. Поэтому если доля поглощенной энергии возрастет в 100 раз (вместо 0.064% 6.4%) результат будет тот же.

Вот и надо найти экстремум, от которого уже можно плясать. Возможно он даже и не на пике Брэгга у задней стенки паруса будет, а на более высокой скорости, но не факт. Да и вообще надо как-то это посчитать интегрально для разгона.

[Проходящий Кот]

Так что, придется на парус ставить лазеры и отстреливать эти пылинки на подходе? Например веером....