Космический парусник: имеет ли он смысл?

[Polnoch Ксю]

ИИ не отменяет человека Точнее, пост-человека...
Футурологи придумали такую штуку как "загрузка".

А по прилету наноассемблеры могут собрать для пост-людей что угодно, в том числе белковые тела.
Так что цивилизация останется человеческой... почти... Ну или граница между человеческой и машинной сотрется.


Но всего этого может никогда не случится: ни загрузки, ни ИИ, ни пост-людей...
Анабиоз кажется технически более простым...

[Проходящий Кот]

Вот же тема про парус и разгонники от Солнца

[Gleb1964]

Первая особенность или проблема - низкая энергетическая эффективность лазерного движителя. Именно движителя. Рассмотрим идеальный парус на который идеально падает ВЕСЬ разгоняющий его лазерный луч.
Сила давления луча в этом идеальном случае F=2W/c. Удвоенная мощность излучения деленная на скорость света (Из, кстати, знаменитой E=mc2). Сразу оговоримся. Мы будем тут пользоваться далее  классическим приближением физики. Нам этого достаточно. И из школьной классической физики нам надо вспомнить что v=at (и t=v/a), что F=ma (поэтому a=F/m), и что затраченная на разгон нашего парусника энергия это мощность луча умноженная на время t в течение которого этот луч был вклчен ES =Wt, а совершенная лучем полезная работа - это кинетическая энергия паруса Ek = mv2/2. Поделив второе на первое мы и получим эффективность процесса разгона в первом (классическом) приближении.



То есть, Эффективность лазерной системе выражается в конечной скорости корабля в скоростях света.
Если вы разгояете парус до 0.01с, в энергию паруса превращается только 1% энергии, излученной лазером. Если до 0.1с уже 10%.  Если до 0.5с ~50%.
На самом деле тут нужно еще учесть доплеровский эффект. До 0.1с он почти незаметен но потом начинает быстро загибать прямую вниз и если v/c при v=1 будет 1, то с учетом доплеровского эффекта график упрется строго в 0.5.

Формула эффективности лазерного излучения неверная.
Согласно такой формуле, эффективность светового давления будет нулевой при нулевой скорости корабля. В такой ситуации разгон даже и не должен начаться, что противоречит действительности. Затем эффективность почему-то растет с увеличением скорости космического аппарата, хотя должна была бы снижаться.
На самом деле эффективность будет наибольшей именно в начале разгона и будет снижаться по мере увеличения скорости. При увеличении скорости космического аппарата, лазерное излучение, достигающее аппарат, получит все увеличивающееся красное смещение (эффект доплера), что равносильно уменьшению энергии фотонов и снижению тяги паруса.
где ошибка? выводя формулу, Вы ошибочно делите кинетическую энергию аппарата на энергию лазерного излучения, хотя до этого говорите, что парус перехватывает весь поток, а стало быть предполагаете их равенство(?) друг другу.
Физический смысл вашей формулы - это не эффективность использования излучения для паруса, а отношение кинетической энергии тела массой m двигающегося со скоростью v к масимальной энергии для данной массы E=mc² (или что-то близкое к этому, учитывая коэффициент 2, возникающий при отражении)
На самом деле проще рассмаривать работу паруса с точки сохранения момента импульса m₁*v₁=m₂*v₂.
Если бы вместо фотонов мы стреляли в парус, скажем к примеру, теннисными шариками с абсолютно упругим отскоком, то шарик, догоняя разгоняющийся корабль, передавал бы ему импульс
p_ш=2*m_ш*(v_ш-v_k). Где (v_ш-v_k) - разность скорости шарика и корабля, а m_ш - масса шарика, коэффициент 2 - потому, что абсолютно упругий отскок удваивает передаваемый импульс.
По мере разгона корабля шарики будут догонять корабль со все меньшей скоростью и передаваемый импульс будет уменьшаться, эффективность разгона будет падать. Скорость отскачивших шариков будет тоже падать (они ведь уносят с собой часть импульса и кинетической энергии системы)
В случае фотона, догоняющего разгоняющийся корабль, будет падать энергия фотона и переносимый фотоном импульс (вследствие красного смещения длина волны фотона с точки зрения наблюдателя на корабле станет длиннее).
Фотон несет с собой импульс (который удваивается на отражении)
 
При отражении фотона от паруса надо иметь ввиду не излученную длину волны, а принимаемую - с учетом доплеровского сдвига.
Интересно еще то, что энергия отраженного от паруса лазерного луча никуда не девалась, просто изменилось направление. Обидно было бы потерять такой луч, столько энергии! Поэтому некорректно говорить о переходе всей энергии лазерного излучения в кинетическую энергию космического аппарата, переходит только небольшая часть. Если отраженный от паруса лазерный поток перехватить зеркалом и направить обратно на парус - он сработает еще раз. Гоняя один и тот же луч между двумя зеркалами (как в резонаторе), можно в разы, а то и десятки раз, увеличить передаваемый светом импульс и, соответственно, тягу паруса. Не увеличивая энергию луча, заметим.

[alex_semenov]

То есть, Эффективность лазерной системе выражается в конечной скорости корабля в скоростях света.
 . . . .
На самом деле тут нужно еще учесть доплеровский эффект. До 0.1с он почти незаметен но потом начинает быстро загибать прямую вниз и если v/c при v=1 будет 1, то с учетом доплеровского эффекта график упрется строго в 0.5.

Формула эффективности лазерного излучения неверная.

В рамках оговорки (что в ней не учтен эффект Доплера, я подсветил это красным), все АБСОЛЮТНО верно.

Согласно такой формуле, эффективность светового давления будет нулевой при нулевой скорости корабля.
В такой ситуации разгон даже и не должен начаться, что противоречит действительности.

v- это не ТЕКУЩАЯ (мгновенная) скорость корабля, а ПРИРАЩЕНИЕ (изменение) скорости в процессе разгона. От включения лазера до выключения.
Это уже интегральное выражение, а не дифференциальное (как вы решили).
Если приращение скорости равно 0, то и КПД=0.
Смотрите. У вас есть планета на которой стоит лазер, направленный в зенит. В луче висит солнечный парус. Неподвижно. Сила гравитации строго уравновешена силой светового давления. Какую работу совершает луч? Никакой. Но при этом расходуется огромная энергия луча.

Затем эффективность почему-то растет с увеличением скорости космического аппарата, хотя должна была бы снижаться.

Снижаться он будет (о чем вы ниже много пишите) за счет эффекта Доплера. Но я (выделено красным) и оговорил, что данная формула не учитывает эффект Доплера.

Суть в чем? Падающий фотон и отраженный будет иметь одну и ту же энергию, если поверхность не получила никакого импульса (скажем ее масса бесконечно велика). Но если зеркало приобрело чуть-чуть скорости от этого столкновения, то отраженный фотон будет чуть-чуть краснее падавшего. Вот эта разница энергий и совершает работу по разгону.

Интересно еще то, что энергия отраженного от паруса лазерного луча никуда не девалась, просто изменилось направление. Обидно было бы потерять такой луч, столько энергии!

Да. Уже высказывалась (и не раз многими) идея поставить два зеркала.



Тогда теоретически можно добиться почти 100%-й эффективности фотонного привода. Зеркала-резонаторы работают как поршни между которыми ОХЛАЖДАЕТСЯ  "фотонный газ".

Поэтому некорректно говорить о переходе всей энергии лазерного излучения в кинетическую энергию космического аппарата, переходит только небольшая часть.

А  о чем и речь? Она об этом и говорит. Сколько перейдет при однократном отрожении луча от паруса.  Формула выше, если в ней знак равно заменить НЕ БОЛЬШЕ - АБСОЛЮТНО КОРРЕКТНА! Со знаком равентва ее можно использовать с оговоркой, что тут не учтен эффект Доплера НАКАПЛИВАЮЩИЙСЯ по мере разгона (не в каждом акте столкновения, а в силу того что зеркало уже движется и фотон, еще не соударившийся с ним уже потерял энергию просто его догоняя).
Тонкость важная!
Если ввести поправку то и получится, что парус нельзя разгонять быстрее света. При этом при скорости 0.99999…. его эффективность будет стремиться не к 1 а к 0.5. Как у фотонной ракеты Зенгера. Все вернулось на круги своя!

Если отраженный от паруса лазерный поток перехватить зеркалом и направить обратно на парус - он сработает еще раз. Гоняя один и тот же луч между двумя зеркалами (как в резонаторе), можно в разы, а то и десятки раз, увеличить передаваемый светом импульс и, соответственно, тягу паруса. Не увеличивая энергию луча, заметим.

Да, да… Если зеркала неподвижны (и идеальны) то луч будет двигаться между ними бесконечно долго (это разумеется теоретическая модель).
Но если зеркала начнут двигаться, под ударами фотонов, то фотон каждый раз отражаясь, будет становиться все красней и красней. Длина волны будет падать, падать, падать…
Фотонный газ будет все холодней и холодней (как идеальный газ при адиабатическом расширении). И так до бесконечности (тут начнется уже квантовая физика…)
А ваши чудесные зеркала получат почти 100% энергии луча в виде суммарной кинетической энергии.
При этом более тяжелое зеркало получит энергии меньше чем легкое. Ведь импульс они поделят пополам (центр массы будет неподвижный). Значит, скорость легкого зеркала будет во столько раз выше, во сколько раз оно легче тяжелого. Но энергия тел зависит квадратично от скорости.
Скажем если, легкое зеркало было в 1000 раз легче, то и скорость оно приобрело в 1000 раз большую, а энергию получило в 1000 000 раз большую чем тяжелое. Поэтому в активных системах очень важно иметь опору помассивней. Скажем, если у вас опора 10^19 кг а корабль 10^8 кг, то соотношение энергий полученных кораблем и опорой будет 10^22 раз.
То есть потерями на разгон опоры можно реально принебречь, имей мы такую систему чудо-зеркал.
Но  все красивый идеал.
В реале даже если и построить систему использующую эту дидею то  будут потери и они будут чудовищно большими.
Сконей всего не окупять возню с двумя зеркалами
(я скажу по секрету. И с одним парусом-зеркалом ничего может не получится. Я знаю страшный секрет, который Гоночев и Курилов ищут ищут и найти не могут что бы прибить идею лазерного паруса.  Но только тс-с-с-... никому!  )
Если помечтать о том о чем вы говорите...
Я как-то пытался обсуждать идею межзвездной торговли (но мало кого это заинтересовало, настолько это умозрительная схема). Мол, перелеты между звездами, с какой скоростью они бы не шли, можно было бы осуществлять, фактически, бесплатно. Просто надо иметь межзвездную энергетическую банковскую систему и идеальный механизм разгона-торможения у каждой звезды-торгового центра.
Вы разгоняясь в своей системе, тратите деньги на разгон (идеальный типа того что выше описан). В точке назначения, принимающая сторона вас тормозит, отбирая энергию.

Например, если в вышеописанной умозрительной схеме поршни-зеркала сближаются, то температура фотонного газа в резонаторе растет (появляется синее смещение) и часть света принимающая вас звездная цивилизация может вам не отражать на ваш парус, а утилизировать. Превращать в энергию. Теоретически - так.
В итоге, прилетев в пункт назначения, вы зарядили их энергосистему своей энергий и теперь они вам должны энергетические деньги. Если КПД привода идеальный - вы вернули все вложенное дома в разгон! Верно?
Можно сколько угодно путешествовать куда угодно. За энергию платить не придется!

"Мечты-мечты! Где ваша сладость! "

Иллюстрации взяты здесь: http://blog.xkcd.com/2008/02/15/the-laser-elevator/

[alex_semenov]

Внимание!
Всем заинтересованным!

Выкладываю результаты двух дней трудов в поте лица (см. приложеные файлы).
Это расчет тяжелого лазерного парусника со всей доступной мне глубиной понимания вопроса.
Результат?

НАДО ВСЕ ПЕРЕСЧИТЫВАТЬ, ПЕРЕДЕЛЫВАТЬ!
(если вообще не похерить всю идею на корню!)

То есть, хотя цель моих усилий - определиться раз и на всегда с задачей Гравицапы, я все еще не готов и через два дня назвать потребляемую лазерами мощность, которую должна выдвать Гравицапа.
Я застрял в деталях…

Но если кому интересна "кухня" (и ссылки), то можете заглянуть.
Хотя предупреждаю сразу - я писал все это в основном для себя, чтобы не растерять идеи ну и и как черновик-базу для белого изложения.

Поэтому чуть-чуть общетеоретических обобщений.

Две неприятные новости. Хорошая и плохая.

Хорошая неприятная новость в том, что при тщательном анализе АЛЮМИНИЙ таки умер как материал для тяжелого быстрого паруса. Умирал, умирал… Тепловой пик в центре диска Эйри таки его добил.
В Excel-ке красным выделены исходные данные. Попробуйте подставить 20 лет вместо 5 лет разгона и увидите, что только в этом случае парус из алюминия не горит.
Жаль алюминий, но не страшно его терять.
Давно напрашивалась замена на бериллий…
Были сомнения в его отражающей способности. А зря! Как раз для инфракрасных мощных лазеров и используют бериллиевые зеркала.
Я уже обнаружил коэффициенты отражения для 10 мкм и выше у бериллия. Получается что  это вообще чудо-материал по всем параметрам превосходящий алюминий!

Теперь Плохая неприятность.
Я нашел то, что так упорно искал Курилов и Гончев. Смерть для лазерного паруса.
Ахиллесову пяту всех подобных парусос.
 
Это так называемая доплеровская аберрация. О ней мне рассказал Alex_AV еще на "Новости космонавтики" в 2010-м (кажется)... Но тогда ни я, ни (возможно) он не поняли ГЛУБИНУ проблемы. Речь шла о больших синтезированных апертурах и гигантских зеркалах для концентрации. Аекс сказал, мол, их нельзя применять. Я согласился, и обнаружил что  для линзы  Френеля эта проблема не проблема. Мол, ничего страшного!
Мол, возвращаемся к схеме с линзой, а все остальные выкидываем.
На том разошлись тогда.
А зря!
Это не особенность. Это кошмарная проблема!
Я не проверил эту проблему для малых апертур и у меня оставалась надежда что можно применять малые апертуры без проблем. Но теперь собирая все возможные траблы, я решил проверить и эту проблему для небольшой апертуры…
И я в шоке! Даже имея 1 м синтезированной апертуры вы имеете чудовищные проблемы. Малейшие колебания (в пределах нанометров в год) разрушат интерференционную картину на расстоянии 1 св.год.
Стабильность излучателя нужна ЧУДОВИЩНАЯ. Непостижимая!
Я вчера весь день был в кошмаре от этого открытия.
Но к вечеру малость оклемался. Даже кое-что придумал и думаю что это не конец концепции. Это просто обязательная РАСПЛАТА перед матерью-природой, которую я не хотел до сих пор видеть. Ничего даром не дается!

Да. Надо признать. У лазерных парусников есть проблема, сродни проблеме прочих проектов звездолетов. Если кому-то казалось интуитивно что затея слишком нереальная - ему казалось верно.
Нужна чудовищно-стабильная платформа для излучателя.
Настолько стабильная, что кажется невозможным ее добиться никакими МЫСЛИМЫМИ средствами… Никакая линза (сколь угодно большого диаметра) не соберет в точку луч лазера даже диаметром 1 см, если вы этот лазер держите на "обычной" платформе.
Нужен чудовищный прогресс в стабилизации зеркал синтезированной апертуры. И тут нет большой разницы 1 м или 100 км… Там все - линейно.
Все успехи в астрономии последних лет связаны с прорывом в этом направлении. Но все современные достижения в области адаптивной оптики  - ничтожны в сравнении с тем, чего надо добиться для того, что бы синтезированная апертура собрала таки луч на дистанции светового года.
Это как сравнивать костер первобытного человека…



… с турбореактивным двигателем современного авиалайнера.



Принцип, в целом, тот же (мы его понимаем) а вот нюансы…


Отправляю материал  на эту ветку, что бы не заводить споры о парусах в разделе о КВС.

[Прохожий]

Парус 839К, плавление алюминия 933,6К. Что 10% запаса не хватит?

При запасах по Форварду получается конечная скорость менее 0.2С

[Кремальера]

если вообще не похерить всю идею на корню!)

Блин,уж лучше вы б не копали.
Ну хорошо.Это касается только световой волны-фотонов?Что если разгоняющий луч будет электронным?Самовосстанавливающийся электронный луч Эйри уже лабораторно получен в этом году.http://compulenta.computerra.ru/veshestvo/fizika/10004924/

[alex_semenov]

Парус 839К, плавление алюминия 933,6К. Что 10% запаса не хватит?

Это слишком мало.
Суть в чем?
Почему мне до сих пор вообще не хотелось расставаться с алюминием?
По сверхтонким алюминиевым отражающим пленкам есть некоторый ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫЙ материал (кстати, американцы опирались и на результаты полученные в СССР!). Еще в 1977-м (год запуска блистательных "Вояджеров") Дрекслер все это собрал и обобщил в работе.

http://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/16234/06483741.pdf

Исследовались механические, термические свойства…
Вообще говоря, такие пленки должны быть очень неустойчивы. Но реальный алюминий такой толщины вел себя куда лучше всяких теоретических прогнозов! Это объяснялось тончайшей (на и без того тонком металле!) оксидной пленкой-коркой. Она и держала эту энергетически неустойчивую структуру от коагуляции - сворачивания ее силами поверхностного натяжения в капельку.
Но если пленку греть, то однажды это все равно произойдет. Задолго до того момента, когда металл достигнет точки плавления. 2/3 от температуры плавления были определены как безопасны от разрушения предел температуры паруса.
Со времен Дрекслера и Форварда все устанавливают допустимую температуру как 2/3 от температуры плавления.
Если этот барьер  перейти, парус не расплавится. Он может просуществовать за барьером и год, а может и секунду. Но однажды он совершенно непредсказуемо исчезнет. Взорвется БУКВАЛЬНО как взрывается мыльный пузырь. В мгновение ока рассыплется на мириады махоньких алюминиевых пузырьков.

При запасах по Форварду получается конечная скорость менее 0.2С

Ну Форварду это казалось тогда достаточно.

Судя по сложностям, которые преследуют эту технологию запуска, нет смысла ее применять для кораблей и скоростей, которые можно запустить и получить иным способом. Но я не могу назвать ни один вразумительный привод, способный достигнуть 0.3-0.5с кроме этого.
Надо понимать, что лазерный парус - окончательная версия гипотетического фотонного звездолета. Концепция созданная для ПРЕДЕЛЬНО БОЛЬШОЙ скорости полета.
На меньших она теряет смысл.
Вам надо лететь к звездам именно быстро?
Либо вы строите парус и лазер, преодолевая все чудовищные трудности и летите на 0.5с (и даже выше) либо вы ВООБЩЕ ничем не достигаете таких чудовищных скоростей.
Ни анигиляционная ракета,



Ни прямоточка Бассарда,



Ни гипотетечиский фотонный звездолет или еще какой привод на неизвестном пока физике принципе  (скажем, звездолет на черной дыре)



Ни чудестной эффективности термоядерная ракета "на стероидах" ( "Дедал" с огромным числом Цилковского).



По сумме технических и даже научных тяжелых проблем и  близко не приближаются к лазерному паруснику, у которого пока видна только одна в общем-то техническая проблема - доплеровская аберация.
Там, у других систем на пути к таким скоростям сложности возникают еще больше. По сути вообще непреодолимые ничем. Какими бы чудовищными не казались сложности создания разгоняемого лазером паруса, создать альтернативный привод  будет ЕЩЕ СЛОЖНЕЙ (если вообще воможно в принципе)!
Я уже высказывался. Большие скорости из за фантастической удельной мощности не для полных ракет (уже это бракует все выше описанное. В том числе и прямоточку. А у каждой еще воз и маленькая тележка проблем!).
Я лично стчитаю, что быстрый перелет между звезд  возможен ТОЛЬКО для активных систем. Можно еще рассматривать концепцию Миронова

http://lnfm1.sai.msu.ru/SETI/koi/bulletin/20/articles/3.html

Может быть.
У обеих концепций (разгон светом и  разгон потоком частиц) одинаковая проблема - концентрация энергии на чудовищном расстоянии. И обе требуют просто фантастического прорыва в технологиях. Созимеримо-фантастических.  Но у них нет теоретических запретов. Этот прорыв зримый.
Природа, зараза, нас обложила повсюду!
Хотя, конечно,… надо еще поскрести по сусекам… Мало ли?

[alex_semenov]

Блин,уж лучше вы б не копали.

И умер бы в счастливом неведении?

Действительно - лучше.



Это полезно пересмотреть еще раз:
Матрица

А ведь права, мерзавец!

Ну хорошо.Это касается только световой волны-фотонов?Что если разгоняющий луч будет электронным?

Нет нет. Электроны совсем не годятся!
У них очень маленькая масса к заряду.
Если вы хотите отказаться от фотонного привода, перейти на ионный, вам нужны как можно более тяжелые ионы с как можно более низким зарядом. И тут возникают похожие проблемы с фокусировкой этого потока на дальних дистанциях. Как считается, проблемы еще большие чем у паруса. Но как я теперь посмотрю - они СОИЗМЕРИМЫЕ.

Вон Миронов предлагает для сохранения луча выстраивать за кораблем  колиматорную трубу из сбрасываемых колец.
Кстати не столь уж и сумасшедшая идея!

То, что никто не взялся эту идею развивать говорит лишь об одном. Большинство предпочитают жить в пьянящем дурмане неведения.
Радужные сказки о межзвездных империях…
А действительно? Зачем ЧЕТКО видеть будущее? Пускай будет радужно-красивым. Нереальным, но красивым! Какая разница каким оно будет? Нам ведь там не жить. Нам жить здесь и сейчас. И с радужно-сопливым будущем жить здесь куда ЛЕГЧЕ. И умирать - тоже…
А?
 

[Инопланетянин]

Ещё один выход. Раз уж на парусе разгоняется ИИ, то может, увеличить скорость разгона? И уменьшить расстояние?
Если разгоняется один только тончайший парус, конструкция которого также является полезной нагрузкой (3D-принтер, ИИ, наносаморепликатро) можно ли увеличить ускорение и уменьшить дистанцию разгона?

[Кремальера]

колиматорную трубу из сбрасываемых колец

Сколько же их придется сбросить?

Раз уж на парусе разгоняется ИИ, то может, увеличить скорость разгона

Ну если так рассуждать, тогда просто выстрелите этим арифмометром-репликатором из ускорителя,как в мирах ув.Фортунатоса.

Это полезно пересмотреть еще раз:
Матрица

Мда.Осень началась хреново.Кстати,хоть мне и никак не удается попасть на Хьюстонщину,я задам ваш вопрос касательно доплеровской аберации через претрекинг к выступлению доктора D.Alexander на симпозиуме 100YSS в конце сентября.
Если идей нету,то их надо позаимствовать.

[alex_semenov]

Ещё один выход. Раз уж на парусе разгоняется ИИ, то может, увеличить скорость разгона? И уменьшить расстояние?

Нет. Уменьшать фокусное расстояние - мертвому припарки. Тем более что за это придеться заплатить повышением мощности излучателя (и температурных и механических нагрузок на паруса). Если уж идти по этому пути, то лучше  удлинять волну излучения. Хотя это тоже мало что  решит. Ну в 1000 раз вы удлините, все равно это погоды не сделает.
Если  у проблемы есть решение, то оно в создании системы чудовищно-точной стабилизации положения всех элементов синтезированной апертуры. Естественно нужна виртуальная модель чудовищной точности. Никакая физическая на такое не способна. И нужна адаптивная оптика ЗА ПРЕДЕЛАМИ всего, о чем мы сейчас можем помыслить. Гигантское сооружение с нанометровой (даже выше!!!) точностью.

Удивительно, что никто из апологетов лазерного паруса на Западе не обратил внимание на эту проблему! Решали близкие. Не одну. Но эту не затронули. А она - самая острая. Фактически, ключевая загвоздка на пути к реальному воплощению красивой  идеи Форварда и Маркса, по сравнению с которой проблема построения огромной линзы  - просто детский сад.

[alex_semenov]

Кстати,хоть мне и никак не удается попасть на Хьюстонщину,я задам ваш вопрос касательно доплеровской аберации через претрекинг к выступлению доктора D.Alexander на симпозиуме 100YSS в конце сентября.

А сможете сформулировать суть проблемы?
Я думаю они сами о этой проблемен не задумывались. Иначе бы уже давно схватились за голову.
Если оказия случится, не забудте тогда упомянуть что это "русские" нашли траблу в их американской идее!
Я как-то по этому поводу страдаю тут нездоровым патриотизмом. За державу почему-то обидно, что мы вечно у них в хвосте...
 
СУТЬ.
Цитата AlexV (Alex_AV) c "Новости космонавтики" не менее 3-х летней давности (спасибо Ивану Моисееву за труды сохранить выжимки наших споров, ибо на самом форуме  это все найти - невероятный труд. Энтропия сети...):

На Луне или Ганимеде по всей видимости в любом случае не получится. При передаче луча на сверхбольшие расстояния возникнет еще одна проблема, доплеровские аберрации.
Рассмотрим, для примера зеркало. Если зеркало покоится, то оно фокусирует свет в фокусе на расстоянии F которое велико по сравнению с его размером. Теперь пусть зеркало вращается вокруг оси, нормальной к оптической, в этом случае каждая точа зеркала будет иметь различную скорость, в результате чего свет отраженный от каждой точки будет иметь слега разную длину волны, отличающуюся как dl/l = 2 r w /c, где r – расстояние от точки до оптической оси, w – угловая скорость, с – скорость света.
Естественно на расстоянии порядка lc/2rw, это флуктуация частоты приведёт к развалу той интерференционной картины, которая должна быть для неподвижного зеркала. Т.е. чтобы сфокусировать свет вращающимся зеркалом на расстояние F его скорость вращения не должна превышать величины w = lc/2rF.
Если требуется сфокусировать свет на расстояние 1а.е. зеркалом размером 100 км излучение с длинной волны 1см, то ограничение получится очень жёстким, т.е. угловая скорость зеркала (или антенного поля, в данном случае не принципиально) должна не превышать 5*10^-4 оборотов в год. Очевидно, что луна вокруг оси вращается быстрее.
Кстати эта же проблема будет накладывать ограничение на допустимую величину
относительной скорости и вибрации излучающих элементов передатчика. Поскольку относительная скорость различных элементов передатчика не должна будет превосходить величины около v = lc/F, что в выше обозначенном случае соответствует скорости 20 мкм/c, то для какой-нибудь вибрации с частотой около килогерца, амплитуда не должна будет превышать 20 нм.
Опять же для разгона парусника 1 а .е. очень мало, по-видимому, потребуется сотни астрономических единиц, а в этом случае требования на относительную скорость элементов и вибрации станут совсем тяжёлыми.

Вот и считайте. На дистанции в 1 св. год требование 20 нм на килогерц, возрастают в 63072 раза (во столько световой год длинней астрономической единицы). То есть ~1 нм при частоте 1 гц!
Плюс у нас длина волны куда меньше чем 1 см (не 1e-2  м а ~1e-5). То есть еще три порядка. Итого для 100 км зеркала (или 600 км, это уже роли не играет) нам нужно ужесточить еще на три порядка.
Это значит что 1 нм мы должны отслеживать для частот 1/1000 гц. (смещение на  ~1 нм за 1000 секунд или 17 минут.
Представляете степень точности?
 
И это для сооружения в 100 км в диаметре!
Нужна просто инопланетная технология!

[Кремальера]

Вот и считайте. На дистанции в 1 св. год требование 20 нм на килогерц, возрастают в 63072 раза (во столько световой год длинней астрономической единицы). То есть ~1 нм при частоте 1 гц!

Нда.Из мироздания повеело мраком пустоты.

Если оказия случится, не забудте тогда упомянуть что это "русские" нашли траблу в их американской идее!

Я попробую перевести,ну или кого попрошу.,т.к. сам проблему понимаю буквально на пальцах,короче: "пецалка дрожать по-стремному будет.." .
И еще.Ох уж эти "русские",что только не придумают лишь бы здоровенный резонатор не строить.Грустно конечно,но кол вбивать в идею,мне кажется рановато.Форвард-умница,ну не мог он так опростоволосится.Не верю.Надо действительно поспрашать и покумекать.

[Проходящий Кот]

А зачем нам вращение?

[alex_semenov]

А зачем нам вращение?

А зачем нам кузнец? (с)





Объясняю.
[и для командированных за границу партработников - тоже!]
 

Вот интеренференционная картина, возникающая при наложении КОГЕРЕНТНЫХ (то есть в одинаковой фазе) и МОНОХРОМАТИЧНЫХ (одинаковой длины волны, то есть "лямбда") фронтов идущих из двух источников А и В.



При построении изображения в линзе работает та же волновая логика, но картина сложнее. Мы себе ее усложнять не будем. Этой картинки для понимания - достаточно.
Наша задача понять вот что.
Такая картина будет если источники А и В строго неподвижны. Тогда картина будет такой как она изображена или получается из расчетов.
Но что случится, если один из источников, скажем А начнет двигаться горизонтально со скоростью v? Скажем, влево. (не важно влево или вправо. Рассмотрим влево). Изменится частота волны или ее длина. Длина растянется.
Изменится и интереференционная картина. Как?
Оценим.  Волновой фронт из движущегося источника чуть растянется на дельта-лямбда. И это изменение описывается просто:



или

   

Если скорость источника А, скажем 1 м/с, то дельта-лямбда к лямбда 1/300 000 000. Чудовищно малое отличие. Верно? На первых порах (близко к источнику) это рассогласование почти незаметно. Им можно пренебречь. Но чем дальше от излучателя, тем рассогласование будет больше, больше, больше… Заметней, заметней, заметней…
Окончательно ПЕРВОНАЧАЛЬНАЯ картина наложения волн развалится (будет абсолютно не похожа на то, что мы видим на рисунке выше при неподвижных источниках) на расстоянии, когда смещений накопится ровно на лябда пополам. Тогда фаза фронта А с  более длинной волной совсем сместится в противофазе от неподвижного своего идеала. И там где у идеала фронта А должен был быть пик, будет впадина. Все, картина распалась окончательно!
И когда это случится?
Через некоторое число (n) колебаний фронта (накопится n дельта-лямбд). То есть:



Но зная n мы можем найти расстояние F (уже в метрах), на котором это случится, через эти n колебаний:



Отсюда:


Если подойти строже, то так мы определили расстояние, где вся картина совсем исказится (распадется).
На самом, деле мы должны определить для себя степень несовершенства желаемой интерференционной картины за счет  доплеровской аберрации. Назовем эту степень k.
Скажем, мы хотим за счет  доплеровской аберрации получить рассогласование от неподвижной картины всего 1% то, есть k=0,01. Тогда:



То есть параметр стабильности надо ужесточить  еще в 100 раз что бы на абберации мы потеряли только примерно 1% энергии (сколько на самом деле - надо отдельно считать но там получится не более 1%. Я взял с запасом)
Из всего выше сказанного ясно, что если F у нас фиксировано И очень большое, то v (скорость источника A относительно источника B) должна быть очень маленькой. F у нас  - световые годы. Длина волны тоже четко зафиксирована. Вот и считайте из этого скорость v.
Как она может возникнуть в физически существующем передатчике (синтезированной апертуре)? Это уже второстепенный вопрос. Способов масса. Это может быть медленное вращение излучателя (скажем, один оборот в 100 миллионов лет. О чем и была речь изначально). Это может быть колебание частей излучателя относительно друг друга. Это уже нюансы. Главное. Это v должно быть ничтожным что бы фокус не распался. Нанометры в час для световых годов (и приемлемых нам длин волны). А значит нам нужна мега-гига-стабильная (неподвижная) платформа.
Стабильность платформы просто не с чем сравнивать.
Это не просто гипер-стабильность. Это чудовищная стабильность!
Реально такой стабильности для физических машин и механизмов добиться невозможно. Можно попробовать виртуально, динамически. Но представляя эту систему динамической стабилизации, у меня волосы встают дыбом от того насколько она чудовищно сложная и прицезионная! Возможно для отлавливания микро-помех придется строить гигантски базы- на 100 000 км из лазерных гироскопов. В общем нужны просто фантастические измерительные технологии и механизмы управления ради одного - чудовищной стабильности 600 км излучателя.
Теперь ясно что 10 км в диаметре, что 100 км что 600 км - это для такой системы в принципе одно и то же.
То есть вопрос диаметра апертуры, который раньше считался основным, теперь отходит на задний план. Если мы победим доплеровскую аберрацию для 10 км (а меньше сделать диаметр ну никак не получится для таких мощностей), увеличения диаметра излучателя в 10 или 100 раз - это уже будет вопрос техники.
Кстати, колебания луча вообще становятся - детским садом. При такой платформе, если луч не распадется, то он будет стоять как вкопанный столб!

[Gleb1964]

сначала я думал, что делу может помочь такой метод, как обращение волнового фронта
поясню.
Мишень (парус) подсвечивают лазером чтобы создать на мишени опорный блик. Отраженный от мишени блик проходит назад через среду (если таковая есть) и коллимирующую оптику набирая все возможные искажения волнового фронта. После луч фокусируется на инверсную среду, усиливается и далее попадает в среду, в которой существует вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна, где волновой фронт обращается назад. Поскольку волновой фронт несет в себе все искажения среды и оптики, при прохождении назад он точно сфокусируется обратно на исходной мишени с диффракционной точностью. Это, конечно, если динамика искажений оптики и среды позволяет - если за время хождения луча туда и обратно искажения успевают измениться, то они не будут компенсированы полностью. По пути назад луч снова пропускают через инверсную среду, где луч усиливается. Инверсная среда - это собственно и есть лазер. Такая схема работает импульсами, но, в принципе, работает.
Другой вопрос, решает ли это вопрос об аберрации света на вращающемся зеркале?
А был ли мальчик? Аберрация света на вращающемся зеркале существует только для наблюдателя, связанного с точкой на зеркале и увлекаемым вращением зеркала (хотел сначала написать "вместе со-вращением" но передумал  , про совращение писать не решился )
Для наблюдателя, сидящего в фокусе на оси вращения зеркала никакого доплеровского сдвига нет и не предвидется. Конечно, если наблюдатель сместиться с оси вращения, то небольшой эффект возникнет. Доплеровский эффект может возникнуть только если есть проекция движения на направление вдоль которого распространяется луч. При отражении от вращающегося зеркала на его оптической оси проекция движения строго 0, вне оси - медленно нарастает, но уже неинтересна для нас

[AlexAV]

Мишень (парус) подсвечивают лазером чтобы создать на мишени опорный блик. Отраженный от мишени блик проходит назад через среду (если таковая есть) и коллимирующую оптику набирая все возможные искажения волнового фронта. После луч фокусируется на инверсную среду, усиливается и далее попадает в среду, в которой существует вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна, где волновой фронт обращается назад.

Надо учитывать задержку сигнала. Одну астрономическую единицу свет проходит за 8 минут, а характерная частота флуктуаций, создающих аберрации – килогерцы (скажем поверхностные волны на зеркале).

Соответственно работать не будет.

Для наблюдателя, сидящего в фокусе на оси вращения зеркала никакого доплеровского сдвига нет и не предвидется.

Ещё как будут.  Волна отражённая от разных точек зеркала в любой инерционной системе отсчёта имеют разную частоту (смотрим ситуацию неподвижный источник -вращающееся зеркало - изображение). Соответственно если расстояние от зеркала до изображения достаточно велико, то интерферационная картина, соответствующая фокусу у вас уже не получится.

[Gleb1964]

Надо учитывать задержку сигнала. Одну астрономическую единицу свет проходит за 8 минут, а характерная частота флуктуаций, создающих аберрации – килогерцы (скажем поверхностные волны на зеркале).

Соответственно работать не будет.

а какова задержка по времени для света от поверхности зеркала до фокуса? 8 мин? нет.
если зеркало флуктуирует и искажает волновой фронт, идущий от мишени, то задержка определяется размерами зеркала, на ход от зеркала до фокуса и обратно. это время значительно короче 8мин.

по поводу изменения длины волны света при отражении от разных частей зеркала я не уверен на 100%, оптика движущихся сред - это не тот раздел, с которым я соприкасаюсь каждый день. Известно, при прохождении света внутри преломляющей движущейся среды происходит "увлечение" света средой. При отражении от любого материала свет проникает внутрь среды на границе раздела, так что может вы и правы, а я неправ 

[AlexAV]

а какова задержка по времени для света от поверхности зеркала до фокуса? 8 мин? нет.

Посмотрел внимательнее.

В данном случае метод вообще работать не будет.

Пусть при первом отражении волна в точке зеркала получила приращение частоты +w, тогда обращённая волна при возвращении получит при отражении от той же точки зеркала (будем считать что её относительная скорость не успела измениться) снова приращение +w (а не –w, что требовалось бы для восстановления исходного фронта), т.е. суммарный сдвиг частот окажется +2w. Ситуация стала не лучше, а хуже.

Чтобы фронт после обращения вернулся к парусу требуется обратить не только волновой фронт, но и скорости поверхности на противоположные (т.е. осуществить полное преобразование t --> -t над всей системой, а не только над волновым фронтом). И вот если фронт обратить можно, то скорости поверхности (возникающие в силу флуктуаций) совершенно невозможно.