Космический парусник: имеет ли он смысл?

[Foma]

мои 2 копейки к обсуждению проблем фокусировки и прочего.

1) Мало кто знает, но прямо сейчас разрабатываются простые и дешевые технологии, с помощью которых можно организовать космические зеркала больших размеров и хорошего качества. Это типичное адаптивно-корректируемое зеркало-мембрана с несколько необычными актуаторами: в мембрану внедрены молекулы азобензола, которые под действием излучения лазера переходят из цис- в транс-изомеры, что меняет упругие свойства мембраны и заставляет ее чуть-чуть изгибаться. По сути полимерная мембрана превращается в набор из триллионов наноактуаторов, способных с высокой точностью и очень малой инерционностью контролировать качество зеркала. И никаких (почти) моральных ограничений по размеру зеркала, лишь бы инициирующий лазерный луч мог дотянуться до любой точки поверхности. Сейчас рассматривается проект 20-40 метровых зеркал, проведены первые технологические эксперименты с фотоизомеризацией небольших мембран, см здесь.
Этот пример, как мне кажется, иллюстрирует, что задача создания большого адаптивного зеркала скорее всего имеет простое и эффективное решение, пускай и неполное в плане устранения аберрации.

2) Рассматривая проблему фокусировки, вы мыслите категориями классической оптики 19 века. Это хорошо, но мало. Почему не обратиться к чудесам века 20го, типа самофокусировки лазерных пучков. Ведь наш луч распространяется не где-то, а в межзвездной плазме, а значит здесь применимы все последние успехи физики ультракоротких (сиречь ультрамощных) лазерных импульсов. Когда напряженность электрического поля электромагнитной волны достаточно велика, она начинает ускорять электроны плазмы почти до скорости света, что приводит к необычному поведению показателя преломления плазмы и самофокусировке пучка. Я не готов оценить перспективы такого метода именно к межзвездном плазме, но допускаю, что в каких-то диапазонах самофокусировка вполне возможна и это может качественно изменить ситуацию с доставкой луча к парусу.
Дальнейшее развитие идеи связано с самофокусировкой пучка в вакууме. Межзвездная среда уже не играет роли. Требуются только еще большие мощности в импульсе, достаточные, чтобы начались чудеса квантовой электродинамики вроде рассеяния фотонов на фотонах или рождения электрон-позитронных пар из вакуума. Такие спецэффекты уже достижимы при нынешнем уровне техники и они могут влиять на распространение луча, в том числе приводить к его самофокусировке. Интересно, что угловая сходимость пучка будет достаточно мала, ее масштаб можно сделать как раз типа той естественной расходимости, с которой тут усиленно борются. Подробнее здесь.

Одним словом, не стоит причислять проблемы паруса к разряду принципиально нерешаемых. Может это и не проблемы вовсе, а так, наше недопонимание ситуации, наше незнание методов, с которыми надо подходить к этой задаче. Кто знает, быть может все это элегантно решается уже придуманными технологиями, или может быть элегантно решено в ближайшем будущем, а мы тут сидим и мучаемся с аберрациями и дисками Эйри.

[Проходящий Кот]

Так тяга--- излучение идут в одном направлении, вот относительно этого направления эта конструкция и будет стабилизироваться.

Лишь для случая, когда радиационное давление вектора тяги будет осе-симметрично (то есть по лучевой симметрии) нарастать от геометрического центра паруса к его периферии. Т.н. "критерий Жуковского". Единственная мысль, которая мне приходит в голову, как это реализовать - перфорация с нарастающей оптической плотностью. В центре - "много дырок", на периферии паруса - "мало".  Или менять отражательную способность иным способом. Ничтожно малый кпд - станет еще меньше.

Вот кстати, предложение о ненужности центра паруса от полковника.....

[AlexOrex]

А лазерный луч в виде кольца создать возможно, чтобы парус "лежал в ямке"? Не хочется терять всю мощность центрального луча, хоть она и будет, по идее, расчищать пространство от легкоплавких частиц. Стабилизация паруса в луче казалась мне (ничтоже сумняшеся) третьей серьезной проблемой после мощности разгонной установки и воздействия межзвездной среды, но теперь она померкла по сравнению с доплеровскими аберрациями.

[Andrew Gontchev]

Так тяга--- излучение идут в одном направлении, вот относительно этого направления эта конструкция и будет стабилизироваться.

Лишь для случая, когда радиационное давление вектора тяги будет осе-симметрично (то есть по лучевой симметрии) нарастать от геометрического центра паруса к его периферии. Т.н. "критерий Жуковского". Единственная мысль, которая мне приходит в голову, как это реализовать - перфорация с нарастающей оптической плотностью. В центре - "много дырок", на периферии паруса - "мало".  Или менять отражательную способность иным способом. Ничтожно малый кпд - станет еще меньше.
Вот кстати, предложение о ненужности центра паруса от полковника.....

Г-да, критерий Жуковского работает при наличии веса, то есть в атмосфере где летает аэродинамический ЛА. При флуктуационном закрене -возвращает ЛА на ровное крыло автоматически, т.к. точка подвеса выше ЦМ. Получается маятник, полный аналог метацентрической высоты для водоплавающих. На парусе в космосе тангенциальная составляющая силы тяги при отклонение паруса от нормали - не возникнет. Парус развернется торцом к вектору движения.

[Andrew Gontchev]

А лазерный луч в виде кольца создать возможно, чтобы парус "лежал в ямке"?

А не будет "ямки", чтобы она была - нужна внешняя возвратная сила. В критерии Жуковского - это сила тяготения.

[AlexOrex]

А если подвес полезной нагрузки на стропах? При отклонении паруса от центра луча на один его край давление сильнее, парус поворачивается вокруг центра масс себя и полезной нагрузки, сминается нафиг и движется от краевого луча, т.е. в центр кольца, затягивая за собой и ПН. Роль силы тяжести выполняет инерция, ПН висит на парусе. Мда, пошел чертить.

[Andrew Gontchev]

А если подвес полезной нагрузки на стропах? При отклонении паруса от центра луча на один его край давление сильнее, парус поворачивается вокруг центра масс себя и полезной нагрузки, сминается нафиг и движется от краевого луча, т.е. в центр кольца, затягивая за собой и ПН. Роль силы тяжести выполняет инерция, ПН висит на парусе. Мда, пошел чертить.

Не, инерция (закон сохранения кол-ва движения) равно действует на все движущиеся элементы конструкции. Остается только закрутить парус до дурьей угловой скорости, то есть сделать из него ротор гироскопа - это будет работать. Но учитывая его линейный размер - полагаю, что центростремительная сила разнесет его в клочья. Плюс чудовищная прецессия, если шальной метеор (или что там еще) пробьет в парусе дыру, которая сразу сместить ЦМ относительно оси закрутки.

[Проходящий Кот]

А если подвес полезной нагрузки на стропах? При отклонении паруса от центра луча на один его край давление сильнее, парус поворачивается вокруг центра масс себя и полезной нагрузки, сминается нафиг и движется от краевого луча, т.е. в центр кольца, затягивая за собой и ПН. Роль силы тяжести выполняет инерция, ПН висит на парусе. Мда, пошел чертить.

Медуза однако...... Собственно, этот проект Семенова....

[Проходящий Кот]

А если подвес полезной нагрузки на стропах? При отклонении паруса от центра луча на один его край давление сильнее, парус поворачивается вокруг центра масс себя и полезной нагрузки, сминается нафиг и движется от краевого луча, т.е. в центр кольца, затягивая за собой и ПН. Роль силы тяжести выполняет инерция, ПН висит на парусе. Мда, пошел чертить.

Не, инерция (закон сохранения кол-ва движения) равно действует на все движущиеся элементы конструкции. Остается только закрутить парус до дурьей угловой скорости, то есть сделать из него ротор гироскопа - это будет работать. Но учитывая его линейный размер - полагаю, что центростремительная сила разнесет его в клочья. Плюс чудовищная прецессия, если шальной метеор (или что там еще) пробьет в парусе дыру, которая сразу сместить ЦМ относительно оси закрутки.

При толщине паруса 23 нм?

[Andrew Gontchev]

При толщине паруса 23 нм?

Диаметр атома водорода = ~1 нм, урана = ~3 нм, у остальных элементов - между этими цифрами. Толщина парусины = паре десятков атомов? Ну-ну...

Прим. Конструкционная толщина десятки тысяч атомов (эвтектики мышьяк-галлий) живет несколько лет, единицы тысяч атомов - несколько недель. Сколько там лет парус лететь должен?

[Проходящий Кот]

Вообще-то
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,70035.0.html
толщина для Сферы Дайсона оказывается достаточно малой.(200 нм).
А тут ещё в 7 раз тоньше......
 
Из WIKI:
 "Размер[править | править исходный текст] Основная статья: Радиус атома Атомы не имеют отчётливо выраженной внешней границы, поэтому их размеры определяются по расстоянию между ядрами соседних атомов, которые образовали химическую связь (Ковалентный радиус) или по расстоянию до самой дальней из стабильных орбит электронов в электронной оболочке этого атома (Радиус атома). Радиус зависит от положения атома в периодической системе, вида химической связи, числа ближайших атомов (координационного числа) и квантово-механического свойства, известного как спин.^[20] В периодической системе элементов размер атома увеличивается при движении сверху вниз по столбцу и уменьшается при движении по строке слева направо.^[21] Соответственно, самый маленький атом — это атом гелия, имеющий радиус 32 пм, а самый большой — атом цезия (225 пм).^[22] Эти размеры в тысячи раз меньше длины волны видимого света (400—700 нм), поэтому атомы нельзя увидеть в оптический микроскоп. Однако отдельные атомы можно наблюдать с помощью сканирующего туннельного микроскопа.
Малость атомов демонстрируют следующие примеры. Человеческий волос по толщине в миллион раз больше атома углерода.^[23] Одна капля воды содержит 2 секстиллиона (2·10²¹) атомов кислорода, и в два раза больше атомов водорода.^[24] Один карат алмаза с массой 0,2 г состоит из 10 секстиллионов атомов углерода.^[25] Если бы яблоко можно было увеличить до размеров Земли, то атомы достигли бы исходных размеров яблока.^[26]
Учёные из Харьковского физико-технического института представили первые в истории науки снимки атома. Для получения снимков учёные использовали электронный микроскоп, фиксирующий излучения и поля (field-emission electron microscope, FEEM). Физики последовательно разместили десятки атомов углерода в вакуумной камере и пропустили через них электрический разряд в 425 вольт. Излучение последнего атома в цепочке на фосфорный экран позволило получить изображение облака электронов вокруг ядра.^{[27]"
 
Размер водорода 35*}10⁻¹² метров.

[Andrew Gontchev]

Вообще-то
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,70035.0.html
толщина для Сферы Дайсона оказывается достаточно малой.(200 нм).
А тут ещё в 7 раз тоньше......

Что значит "оказываться"? Это ТУ?

[Проходящий Кот]

Вообще-то
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,70035.0.html
толщина для Сферы Дайсона оказывается достаточно малой.(200 нм).
А тут ещё в 7 раз тоньше......

Что значит "оказываться"? Это ТУ?

На элемент Дайсона действует солнечная гравитация и давление солнечного света. Из их взаимного действия толщина Сферы Дайсона и получается, независимо от чьего-либо мнения.....

[Andrew Gontchev]

На элемент Дайсона действует солнечная гравитация и давление солнечного света. Из их взаимного действия толщина Сферы Дайсона и получается,

При чем тут Солнце? Вы написали, что толщина материала (твердого тела, надо полагать) сферы = 200 нм. Это Техническое Условие на толщину?

[Проходящий Кот]

На элемент Дайсона действует солнечная гравитация и давление солнечного света. Из их взаимного действия толщина Сферы Дайсона и получается,

При чем тут Солнце? Вы написали, что толщина материала (твердого тела, надо полагать) сферы = 200 нм. Это Техническое Условие на толщину?

ВЫ ЧТО ЧИТАТЬ НЕ УМЕЕТЕ? Или не знаете, что такое Сфера Дайсона?

[Andrew Gontchev]

Добавим ноль, пусть толщина паруса = пара сотен атомов, что изменилось? Ничего.

[Инопланетянин]

что изменилось? Ничего.

Ускорение упало на порядок.

[alex_semenov]

мои 2 копейки к обсуждению проблем фокусировки и прочего.

1) Мало кто знает, но прямо сейчас разрабатываются простые и дешевые технологии, с помощью которых можно организовать космические зеркала больших размеров и хорошего качества.
. . .
Этот пример, как мне кажется, иллюстрирует, что задача создания большого адаптивного зеркала скорее всего имеет простое и эффективное решение, пускай и неполное в плане устранения аберрации.

Спасибо. В принцип, я и имел в виду нечто подобное, говоря о суммет технологий, которыми обладает высокоразвитая цивилизация, но не обладаем мы.
Не абсолютное решение. Но шаг к решению. И таких шагов надо много.

2) Рассматривая проблему фокусировки, вы мыслите категориями классической оптики 19 века. Это хорошо, но мало. Почему не обратиться к чудесам века 20го, типа самофокусировки лазерных пучков.

Вы знаете, мне уже не раз о чем-то подобном говорили. Мол, надо бы поискать дверь сбоку. Но я всякий раз отказываюсь и вот почему.
Ну, во-первых, я просто не заню как к этим новым идеям подойти с ЛИНЕЙКОЙ.
Нет расчета? Нет идеи!
Я просто слишком слабо разбираюсь в вопросе, чтобы  его использовать.

Вторая причина, тоже субьективная. Конечно в любом вопросе можно разобарься, если будет желание. Но есть ли у меня ДОСТАТОЧНОЕ желание? Мотивация? Вера в то, что это все стоит копать?
А вот тут вот, я, мерзавец, действительно прожженный ретроград. Я очень мало верю в некую волшебность новых технологий.
В свое время я написал две мирровозренческих статьи (по сути два варианта одной):
http://go2starss.narod.ru/sem/S000_gorizont.html
http://alex-semenov.livejournal.com/10361.html

И там я использовал такой образ:



Сумма наших технологий приумножается как площади половинок от половинок квадрата с каждой научной революцией. Каждая новая революция в физике, нам дает куда меньше технических возможностей, чем предыдущая. И так будет бесконечно. Так мы будем бесконечно приблежаться к ФИЗИЧЕСКИ ВОЗМОЖНОМУ.
К 1

Поэтому, я не думаю что прогресс в области тонких физических эффектов, даст нам НУЖНЫЕ тут дивиденты. Поэтому я ставлю именно на 19 в. На стимпанк.  Он мощней даже XX века. И наверняка мощней всего что будет открыто в XXI-м.

Всякие там тонкие эффекты, потому и открыты сейчас, что они тонкие, малозаметные. И в тех масштабах мощностей, что нам надо, размеров, скорей всего не сработают. Ну в наноэлектронике, ну где-то в области мизерных энергий… Да… скорей всего. Возомжно задающая оптика все это востребует. Скорей всего так и будет!
Но вот так вот непосредственно с генерируемым лучем…
Хотя, РАЗУМЕЕТСЯ, я могу ОЧЕНЬ КРУПНО ошибаться.
Но я лично как-то не очень верю в такую перспективу. Понимаете? Вот внутренне не могу себя заставить поверить, что есть такие вот в мире чудестные эффекты, которые мы вроде как не заметили, а он раз, и изменили, перевернет все наши технологии неузнаваемо!



Да не будет этого никогда уже!
Это все фантазии дуралеев-фантастов. Писак с кривыми мозгами!
Красивая сказка бурного XX ввека, но не футурология начала XXI-го.
В начале этого века, пора бы уже повзрослеть!

Возможно я не прав. Но я так думаю.

[Andrew Gontchev]

Сумма наших технологий приумножается как площади половинок от половинок квадрата с каждой научной революцией. Каждая новая революция в физике, нам дает куда меньше технических возможностей, чем предыдущая. И так будет бесконечно. Так мы будем бесконечно приблежаться к ФИЗИЧЕСКИ ВОЗМОЖНОМУ.
К 1

Поэтому, я не думаю что прогресс в области тонких физических эффектов, даст нам НУЖНЫЕ тут дивиденты. Поэтому я ставлю именно на 19 в. На стимпанк.  Он мощней даже XX века. И наверняка мощней всего что будет открыто в XXI-м.

Всякие там тонкие эффекты, потому и открыты сейчас, что они тонкие, малозаметные. И в тех масштабах мощностей, что нам надо, размеров, скорей всего не сработают. Ну в наноэлектронике, ну где-то в области мизерных энергий… Да… скорей всего. Возомжно задающая оптика все это востребует. Скорей всего так и будет

Ничё так, что физика за последние 20 лет сделала столько революций, которые совершенно изменили Мир? Мобильная связь, Интернет и прочие последствия Информационной Промышленной Революции?

[alex_semenov]

Ничё так, что физика за последние 20 лет сделала столько революций, которые совершенно изменили Мир? Мобильная связь, Интернет и прочие последствия Информационной Промышленной Революции?

Но экономичные лампочки все же горят в основном током, вырабатаном из открытий  XIX века!

По сути, настолько ли Интернет действительно лучше телеграфной сети XIX века?
А компьютер революционней книгопечатания?
Если непридвзято посмотреть, то XIX век отличается от средневековья куда сильней чем XXI-й от XIX-го как не крути. Все прорывы, принесенные квантовой и релятивистской физикой (ядерная энергия, интегральные микросхемы, лазеры) по-сути есть глубокая МОДЕРНИЗАЦИЯ  старого-доброго XIX-го века с его классической механикой, термодинамикой и максвелловским электромагнетизмом.
Первая половина квадратика была и навсегда останется самая жирная. Потом мы получили половину от половины. Ну может быть уже получили половину от половины от половины... Тенденция - очевидна.
И только ФАНАТИКИ, некритично исповедующие философию 50-х-60-х годов XX-го века (а вы видимо в этом возрасте были молоды и пламенны) продолжают искренне верить в безудержную экспоненту технического прогресса.
Ну-ну!