Космический парусник: имеет ли он смысл?

[alex_semenov]

Теплопроводность учитываете?

А разве дальше ("где у нея неонка" (с), то есть "скорость ферми") не об этом?

Меня смущает то, что импульс у нас передается улетающим вместе с пылинкой атомам паруса, а энергия ---- собственно парусу, который в процессе не участвует. Тоесть вопрос в том, как эта энергия перетечет из зоны взаимодействия в остальную часть паруса, за времястолкновения. Импульса то вбок у нас нет....

Все! Забыли об импульсах! С ними мы уже разобрались! Теперь у нас только судьба выделившейся энергии. Можно только поспорить какая часть улетела с пылинкой (вывести умную более точную формулу учитывающая разные плотности размеры). Но надо четко понять что процесс взаимодействия очень короткий. Свет успевает убежать от точки взаимодействия всего на 10 толщин паруса, пока пылинка пролетает сквозь него! Значит тепло точно не успевает расползтись далеко!

[dimetrigontchev]

Господа! Умоляю вас! Перестаньте пользоваться аналогиями с пулями!

А других аналогий - вообще нет. Если не принимать их во внимание, можно и нужно закрывать вопрос до момента, когда технически станет возможно провести натурные испытания по взаимодействию макротел при соударении на скоростях 0,1С.

[dimetrigontchev]

А разве дальше ("где у нея неонка" (с), то есть "скорость ферми") не об этом?

Абсолютно "не об Этом", поскольку взаимодействуют макротела.

[alex_semenov]

А других аналогий - вообще нет. Если не принимать их во внимание, можно и нужно закрывать вопрос до момента, когда технически станет возможно провести натурные испытания по взаимодействию макротел при соударении на скоростях 0,1С.

Пулевой вопрос мы уже решили. Он оказался интересным но не самым главным.
Самый главный вопрос - динамика тепловых процессов в пленке паруса кога от "пули" и след простыл (она улетела уже далеко вперед). То есть физика плазмы по-сути.

[dimetrigontchev]

Пулевой вопрос мы уже решили. Он оказался интересным но не самым главным.
Самый главный вопрос - динамика тепловых процессов в пленке паруса кога от "пули" и след простыл (она улетела уже далеко вперед). То есть физика плазмы по-сути.

Похоже Вы (и некоторые другие участники) совершаете методическую ошибку: пытаясь (возможно от отсутствия подходящей модели) описать процесс взаимодействия (и последствия) микрометеора и парусины аппаратом квантовой физики. Еще раз: взаимодействую макротела, и описание их поведения либо описываются макро взаимодействием, либо (если нет доверия) требуются натурные эксперименты.

[Проходящий Кот]

А других аналогий - вообще нет. Если не принимать их во внимание, можно и нужно закрывать вопрос до момента, когда технически станет возможно провести натурные испытания по взаимодействию макротел при соударении на скоростях 0,1С.

Пулевой вопрос мы уже решили. Он оказался интересным но не самым главным.
Самый главный вопрос - динамика тепловых процессов в пленке паруса кога от "пули" и след простыл (она улетела уже далеко вперед). То есть физика плазмы по-сути.

Тоесть у нас вся(или почти вся) энергия уйдет на превращение пылинки и попавшей под неё части паруса в плазму. Но почему эта энергия вдруг пойдет на остальную часть паруса и разложит его. С чего бы это?
У нас атомы пылинки налетели на парус и прошибают его. При этом число атомов и там и там у нас считанное. Поэтому большая часть ядер и там и там вообще не  будут участвовать во взаимодействии --- мимо них на большой скорости пронесутся ядра другого объекта.
Ваша же модель леса из сосен.   
Тоесть у нас столкнутся электроны, но не ядра.....

[Проходящий Кот]

КРОВАВЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ В ТРЕХ СОСНАХ ВО ИМЯ НАУКИ!

ЭпиграфЪ: "чем тебя породил, тем и убью!"

Давайте все же разберемся с расчетом доли рассеянного излучения.
Сначала с его теорией.

Открываем вот это: http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/crossection/

Забудте все что я раньше накрутил. Я заблудился в трех соснах.
Если почитать по ссылке и все правильно понять, то доля рассеиваемых частиц k считается очень просто:

k = n*x *L 

n – концентрация частиц в мишени  10 штук/см3
L – длинна мишени 1,5E+15 см (100 а.е.)
x  - сечение (рассеяние или ионизации, в зависимости от того что считаем) [см2/штуку].

k = [штук/см3] * [см2/штук] * [см]

Обратите внимание. Плотность луча – никаким боком тут НЕ ФИГУРИРУЕТ. Я наврал вам выше "про дискотеку". Широкий луч или узкий – влияния на долю рассеивания луча не играет. Тут я попал с обыденной интуицией. И видимо по этой же причини до этого, сколько с сечениями не сталкивался, не мог понять до конца как это все так просто считается (почему так мало параметров учитывается и нет площади луча)!

Чтобы понять как это все так получается, давайте все выведем "с нуля" сами. Особого ума тут не надо. Для начала посчитаем R- количество столкновений (штук).

R =N*T*p   (1)

[количество налетевших частиц]*[количество частиц мишени]*[вероятность столкновения частиц] 

Чем больше тех или тех частиц – тем больше столкновений. Ну и вероятность столкновения тоже играет роль. Чем она больше, тем больше.
Все "по уму"?
Идем дальше.
Определимся с p – вероятностью попасть частицей в частицу. Это геометрическая вероятность.



http://www.nsu.ru/mmf/tvims/chernova/tv/lec/node6.html#SECTION000310

Тут нет разницы бросаем мы идеальную точку (объект с 0 площадью) на площадь Q в которой выделен участок мишени А и тогда  p=A/O, или сама частица тоже имеет какой-то размер В, а область куда надо попасть - площадь С.
Если A=B+C то  p=(B+C)/O = A/O.
В этом – изюминка.
Геометрические размеры частиц (фотона, атома) – вещь абсурдная по сути. Но  так как мы имеем дело с вероятностным (квантовым) процессом то можем вводить через понятие геометрической вероятности естественное нам понятие "сечение" события в см2. В виде той самой площади А на которую случайно падает идеальная точка.
 
Заменим A на x, а O не S. Так удобней. p =x/S  [см2/см2]

Теперь распишу очень подробно формулу (1). Следите за скобками:

R= N*T*p = N*T*[x/S] = [N/S]*T*x = J*Т*x=J*[n*V]*x =[N/S]*n*[S*L]*x =N*n*L*x*[S/S] = N*n*L*x

J – поток частиц (штук/см2) как в ссылке, n – Концентрация частиц мишени (штук/см3) V – объем мишени (см3), S – площадь лба мишени(см2), L – длинна мишени (см).
Все правильно?

Но это R – количество столкновений (событий). А нас интересует доля частиц, не пролетевшая через мишень k

k= R/N = [N*n*L*x]/N =n*x*L

Наша простая формула готова.

Что в ней сбивает с толку (во всяком случае сбивало меня)? Почему тут нет площади? Кажется, если частицы летят плотным потоком (J большое), то и процент рассеянных частиц  k должен быть больше. Но это неверно. Это "очевидное" убеждение надо в себе придушить.
 
Мне пришла в голову вот какая парадигма (наглядный мысленный эксперимент).
Перед вами лесополоса из высоких старых сосен (у них внизу нет веток). Эксперимент жестокий. Вы-частица. Вам завязывают глаза и предлагают пройти сквозь лесополосу. От чего зависит вероятность того, что вы столкнетесь каким-нибудь деревом? То есть по сути k?
Пускай стволы сосен имеют одинаковый диаметр d и расставлены хоть и хаотично, но со средним  шагом по фронту h. Ваша собственная ширина (по плечам) -s

(s+d)/h  - это и есть сечение x вашего столкновения с какой-нибудь сосной. n – концентрация сосен "в объеме" посадки (здесь все на плоскости, значит концентрация на плоскости). L – глубина лесопосадки.
Корректная модель?
Но самое главное. Изюминка мысленного эксперимента. Представьте теперь, что эксперимент ставится ни на одном человеке, а на группе из N испытуемых. Их расставили цепью перед лесопосадкой и завязали глаза. Вперед! Кто-то прошел, кто-то столкнулся. Число неудачников статистически R=k*N. Тоже все верно?
Но теперь смотрите. Если вы поставите несчастных подопытных перед лесопосадкой широкой цепью или узкой – результат, число неудачников, не изменится (конечно, плечом к плечу вы их ставить не можете. Это за гранью модели ибо наши частицы – математические точки с 0-площадью). То есть по большой площади рассеяны наши кванты или собраны в узкий плотный "пучок" тут не играет роли.

Специально расписываю все детально.

А вот и старый, 2009 года, расчет излучения от летящего релятивистского корабля....

[alex_semenov]

Я для углерода (массовое число 12) в алюминии по всей выше описанной кабалистике на скорости 0.1с  получил k= 0,003459243 %! 3,12E-16/9,02E-12=3,46E-05.
Окончательная поправка 2,81E-15/9,02E-12 =3,11E-04. То есть 0,0311%!

Блин, начинаешь все аккуратно расписывать, а потом начинаешь играть с моделью наводя в ней бардак (мол, потом лучше переделаю). Наменял, наменял. Интересно же! Сегодня  впопыхах возвращаю все назад. Массу частиц углерода вернул 12 а заряд остался от альфа-частицы 2 а должен быть 6. И сразу не спохватился что ноликов ведь больше чем в первый раз! Просто только что глянул на связанный расчет дырки на другой странице и вижу: дырка-то стала очень маленькая! Значит где-то недокрутил!

[alex_semenov]

Vsevolodson, немного о вашем горе.
"Счастье! Всем даром!... "

Вы хотите знать для любой заряженной частицы в любом материале длину свободного пробега. Верно?
В отличие от свободного пробега незаряженной частицы (скажем нейтрона или пылинки) здесь работает  не статистика, а  именно путь на котором совершается работа по торможению пылинки.
Формула Бэте-Блоха как раз тут вам бы помогла.



но она ведь показывает расход энергии на маленьком участке dx на котором скорость частицы, фактически не успела поменяться. То есть dx  много меньше всего тормозного пути.
Это идеально подходит под нашу задачу с пролетом пылинки сквозь тонкую преграду но не годится в случае поиска глубины пикак Брэгга (то есть точки остановки частицы) в преграде, которая для частицы непреодолима.

Простейший и надежнейший подход - разностный. Вы разбиваете процесс расчета на короткие кусочки x и считаете для каждого слив энергии, из него новую скорость, опять слив, опять скорость.. и так пока энергия  не иссякнет. Потом суммируете дистанцию. Это и будет пробег.

Хотя самый крутой подход -  решить дифуравнение.
Тем более что в сети есть механизмы. Бери и пользуйся!
Повод проиграться! Верно?
Не боги… !
Как выглядит наша формула?



Приведем правую часть к Е :



А и В  - это какие-то константы куда мы сливаем все нам пока не нужное.
В итоге мы получаем нехорошую дифуру первого порядка:



Я лично ни за что не взялся бы ее решать (свят, свят!) не будь под рукой решателя.
Например, вот этого:

http://www.matcabi.net/differential_equation.php

И этот решатель и думатель на вопрос:



дает нам такой чудо-ответ:



Жуткий результат. Но самая противная тут вещь это Ei (….) Это неберущийся интеграл… В общем смотрите что это за дрянь сами:

http://en.wikipedia.org/wiki/Exponential_integral
 
Ясно что выкрутить из этого x =f( A, B, С_0) невозможно. Тут - тупик.
 
Но вот что мне запало в душу. Логарифм - функция "инертная", "тормазнутая". Возьмите Ln(10) и Ln(1000) - мало отличаются. То есть она куда меньше влияет на динамику торможения в начале (а в конце видимо как раз и она дает пик).
А что если ее как-то так… аппроксимировать по среднему? Свести к константе, спрятать под А?
Тогда можно будет упростить решение до простого диффуравнения:



с чудестным решением:



Вам нужна полная остановка. То есть



Это значит корень равен 0, то есть С_0 -Ax =0 и х= С_0/A
C_0 - это начальное значение энергии частицы.  Осталось вспомнить что мы спрятали в А и дело в шляпе! У нас есть быстрая аппроксимация Бэте-Блоха для вашего пути пробега с погрешностью там в последних десятых дистанции.

Для того чтобы идея заработала надо для начала построить хорошую разностную модель.
Потом попробовать эту аппроксимацию покрутив разные версии "усредненного логарифма" и так и этак наложив оба результата. А вдруг что-то получится путевое, похожее на правду?
Раньше это был бы сумасшедший труд (масса вычислений!). А сейчас - игра для пытливого ума,  который не знает на какое бы хорошее дело   Excel употребить.

ЗЫ
Ганс, я, кстати, тут сегодня  заметил вы когда-то там Alex_AV поставили плюс как специалисту по Excel.
Свят-свят!
Он маткадом пользуется!
Alex квантовый умклайдет юзает! Не то что мы, презренные программисты...
Он маг уровня куда более высокого!
Excel - вещь для убогих!
Я это узнкл когда попытался на НК быстренько повторить его вычисления... с комплексными числами!
(кстати речь шла о радиопарусе опять же!)
А в Excel такого нет!
Пришлось набор пользовательских функций побыстрячку писать!
 


ЗЫЗЫ
Хорошей пердпосылкой для гипотезы простой апроксимирующей формулы является собственно вот этот график


Взят здесь

Почти прямая. То есть у нас есть все шансы!

[vsevolodson]

Vsevolodson, немного о вашем горе.

Математически элегантное решение. Особенно элегантно вы выбросили участок пути частицы до пика Брэгга
Я понимаю, к чему вы. Вы хотите, чтобы я схватил это и поскакал дальше. К сожалению пока что не могу. Времени совсем нет. Сын родился.

Насколько всё-таки интересен оказался парус с математической точки зрения. Раньше я его представлял намного проще.

[alex_semenov]

Vsevolodson, немного о вашем горе.

Математически элегантное решение. Особенно элегантно вы выбросили участок пути частицы до пика Брэгга

Наоборот. Я пик выбросил. Ну да ладно. Все равно надо строить хорошую разностную модель. И как я уже понял, специфика именно в том, чтобы понять когда остановится.
Теоретически должно быть где-то так:

Я понимаю, к чему вы. Вы хотите, чтобы я схватил это и поскакал дальше. К сожалению пока что не могу. Времени совсем нет. Сын родился.

О! Поздравляю! Первый ребенок?
Я уже забыл как это.
Здоровья ему! В 47 начинаешь понимать что здоровье- главное (все остальное - суета сует).

Насколько всё-таки интересен оказался парус с математической точки зрения. Раньше я его представлял намного проще.

На самом деле любая тема интересна, если за нее взяться двумя руками.

[vsevolodson]

В 47 начинаешь понимать что здоровье- главное (все остальное - суета сует).

А мне на самом деле ещё только 27

Кстати, мы тут обсуждали, как будет поглощать/излучать/отражать микро/нано-сетка. Так вот рассеивать тепло она будет определённо хуже:

Кроме того, размеры этих наночастиц меньше, чем длина волны ИК-излучения, что делает весьма затруднительным переизлучение полученной энергии, в итоге почти полностью преобразуемой в тепло на крошечной поверхности частицы.

http://science.compulenta.ru/722019/

[bob]

Любителям парусов.
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,103270.msg2257860.html#msg2257860
Не поискать ли попутный ветер, если лазера не предвидится...

[Кремальера]

Рост скорости до 500 км/сек, плотность приблизилась к 10 пр/см3. ММП до 20 нт

Спасибо ув.boby.С таким порывом легкий зонд до Койпера за пяток лет доскачет.

[bob]

Рост скорости до 500 км/сек, плотность приблизилась к 10 пр/см3. ММП до 20 нт

Спасибо ув.boby.С таким порывом легкий зонд до Койпера за пяток лет доскачет.

А вот чёрт знает. Я просто подбрасываю предположение (даже не гипотезу) к рассмотрению. Это надо изучать, считать. Первый минус в том, что мой прожект, как всегда бывает - натуралистично приземлённый. К межзвёздным полётам он пока отношения не имеет, так как я предложил использовать, так сказать, интерпланетарные порталы и "мосты" для чисто межпланетных целей, чтобы попытаться для лёгкого зонда уравнять время разгона для паруса и ионного двигателя. Может быть, если "Вояджеры" в гелиопаузе войдут ещё в какой-то поток, не поперечный, а продольный, то можно будет и пофантазировать на тему межзвёздных мостов и порталов. Но пока явно рано.
Второй минус - в изменчивости этой картины. Стример потока может уйти от траектории зонда, и он "потонет" за пределами моста, войдёт в "мёртвый штиль".

(Меня зацепили вот эти
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,23782.msg2255623.html#msg2255623
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,23782.msg2257501.html#msg2257501
горячие финские и эстонские парни с их первым электромагнитным парусником. Я сразу понял, что игрушка эта, если что-то не предпринять, совершенно бесполезна, и начал в фоновом режиме думать, как же её применить, чтобы она хоть что-то показала.)

[Кремальера]

(Меня зацепили вот эти
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,23782.msg2255623.html#msg2255623
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,23782.msg2257501.html#msg2257501
горячие финские и эстонские парни с их первым электромагнитным парусником

Да,если б у них получилось было бы первый парусник с токовой петлей.Единственно наверное лучем разгонять лучше было б.

вот чёрт знает. Я просто подбрасываю предположение (даже не гипотезу) к рассмотрению. Это надо изучать, считать

Ну это само собой.Есть поле,запрягайся и вперед.Я теперь просто понимаю насколько глубоко незнание человека,и сколько еще предстоит узнать.Где бы взять такую черепушку чтобы все туда влезло.

[bob]

Да,если б у них получилось было бы первый парусник с токовой петлей.Единственно наверное лучем разгонять лучше было б.

Электрический парус? Каким лучом? Ионным? Расходящимся на первых метрах? Тогда ионный двигатель лучше. (Он и вправду лучше, они  там дурью маются с тоски. Но всё же, всё же...)

[vsevolodson]

Слышал я про эту идею. Но не рассматривал её, как заведомо дохлую. На любом определённом расстоянии от Солнца фотоны несут больше импульса, чем протоны, даже во время корональных выбросов. Это раз.
Во-вторых, магнитный парус таки тоже не лоскут, и, если представляет собой сверхпроводник то и вовсе не требует почти подпитывания током.

PS:

Касательно лучевого паруса. До сих пор не решили, будет ли он сеткой или сплошным.

[alex_semenov]

Слышал я про эту идею. Но не рассматривал её, как заведомо дохлую. На любом определённом расстоянии от Солнца фотоны несут больше импульса, чем протоны, даже во время корональных выбросов. Это раз.

Гм... А это точно? Надо самому сесть и посчитать... Не верится...

Во-вторых, магнитный парус таки тоже не лоскут, и, если представляет собой сверхпроводник то и вовсе не требует почти подпитывания током.

Главное преиумщество магнитного паруса в том, что его масса пропорциональна R (ведь это длина окружности) а у светового паруса масса пропорциональная R².
То есть, даже если вы правы и импульс солнечного ветра много ниже (энергия точно ниже! кстати, я кажется уже же считал все это!) то все равно за счет того что магнитный парус внутри пустой, выигрыш может быть огромным.
Тут весь упор в плотность тока по сверхпроводнику. При 10⁹ А/см2 (не помню точно размерность) дела дрянь. При 10¹⁰ уже сносно при 10¹¹-10¹² он превращается просто в "чудесные крылья".

[alex_semenov]

Ага, вот. Я же сам считал!
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,93583.msg2070051.html#msg2070051
Склероз уже!
 
Дейсвтительно, давление ветра на три порядка меньше чем у света.