Космический парусник: имеет ли он смысл?

[Andrew Gontchev]

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!

Телеграф еще вроде не отменили - пользуйтесь , комп умеет не только печатать книги
Квантовая физика как раз полностью отрицает классическую, но мы уходим от темы...

[Dem]

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.

Мне кажется надо отличать ОТКРЫТИЯ (их в самом деле в основном сделали в 19в) и их влияние на жизнь (наибольший эффект сейчас и нарастает).
потому как мало открыть - надо придумать как полезно применить. Открытому же в ХХ веке - мы ещё применения не нашли. (только атомная энергетика - и то на выходе не более чем ещё один вид паровых электростанций)

[Andrew Gontchev]

Открытому же в ХХ веке - мы ещё применения не нашли. (только атомная энергетика - и то на выходе не более чем ещё один вид паровых электростанций)

Это какие-такие открытия 20 века лежат под сукном?
А что эффективнее может преобразовать тепло в иной вид энергии (електричество) кроме турбины?

[Инопланетянин]

А что эффективнее может преобразовать тепло в иной вид энергии (електричество) кроме турбины?

Эффект Зеебека Но его ещё до ума доводить надо.
Но вот беда, это тоже открытие девятнадцатого века

[Andrew Gontchev]

Эффект Зеебека  Но его ещё до ума доводить надо.
Но вот беда, это тоже открытие девятнадцатого века 

Угу, еще эффект Керра скажите (кстати тоже 19 век), только вот почему-то затворы в фотиках до сих пор механические

[alex_semenov]

Мы все-таки сваливаемся в сладкий оффтоп?

Да, потенциал многих идей "старой механики" еще далеко не реализован. Яркий пример - гравитационный поезд, описанный у Перельмана. А ведь на малых телах где холодное ядро этот вид транспорта - идеален.



И физика XX века не вся исчерпала себя. Разумеется. То есть старую физику еще использовать и использовать!
Но речь была о принципиально новых эффектах. В них я верю. Они есть. Но их размеры, значимость… меня сильно смущают. Ну не верю  я, что они перевернут технологии. Они усложнят, добавят, сделают совершенней (неузнаваемо преобразят) СТАРЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ. И только.  Все что происходило и происходит технологиях нашей цивилизации эту тенденцию (накопления а не замены) подтверждают БЕЗ МАЛЕЙШЕГО ИСКЛЮЧЕНИЯ! Люди просто слишком верят мемам. А мем середины XX века был о вечных научных революциях, которые "неузнаваемо преображают мир". Но надо бы уже протрезветь... Надо бы перестать питать тщетные надежды.
Вот, собственно, я  о чем.

[Andrew Gontchev]

Мы все-таки сваливаемся в сладкий оффтоп?

Да, потенциал многих идей "старой механики" еще далеко не реализован. Яркий пример - гравитационный поезд, описанный у Перельмана. А ведь на малых телах где холодное ядро этот вид транспорта - идеален.



И физика XX века не вся исчерпала себя. Разумеется. То есть старую физику еще использовать и использовать!
Но речь была о принципиально новых эффектах. В них я верю. Они есть. Но их размеры, значимость… меня сильно смущают. Ну не верю  я, что они перевернут технологии. Они усложнят, добавят, сделают совершенней (неузнаваемо преобразят) СТАРЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ. И только.  Все что происходило и происходит технологиях нашей цивилизации эту тенденцию (накопления а не замены) подтверждают БЕЗ МАЛЕЙШЕГО ИСКЛЮЧЕНИЯ! Люди просто слишком верят мемам. А мем середины XX века был о вечных научных революциях, которые "неузнаваемо преображают мир". Но надо бы уже протрезветь... Надо бы перестать питать тщетные надежды.
Вот, собственно, я  о чем.

У пилотов есть такая шутка: после отрыва самолета от ВПП рули на кабрирование ставить не надо - сам наберет высоту за счет кривизны Земли (к Перельману:))
Да, достижения НТП разбаловали людей и внушили им веру во всемогущество науки.
Но ведь много же может.

[alex_semenov]

Но ведь много же может.

Многое. Но дураков сделать царями вселенной - бессильна.
А х-фантастика именно этого от науки и требует!

[Foma]

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

Не считаю это удачным примером. Мне милее аналогия с суммированием гармонического ряда, где а_n=1/n. Как и выше, каждый новый шаг добавляет нам все меньше и меньше сиюминутных технических возможностей, но прелесть в том, что ряд этот -  расходящийся. Его частичные суммы неумолимо растут с увеличением n, приближенно по формуле.
.
Чтобы удвоить-утроить возможности, приходится экспоненциально увеличивать число шагов, но в принципе нет ничего недостижимого. Да, сейчас мы близки к этому экспоненциальному барьеру, но кто знает, может в методологии науки найдутся свои эффекты "туннелирования", позволяющие проходить сквозь такие барьеры.

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.

Понимаете, тонкость эффектов - понятие весьма относительное, а местами и субъективное. Кого 100 лет назад интересовали эффекты нелинейной оптики? Мало кого. Их и наблюдать-то было сложно, не то что применять в быту. А теперь без их учета не сделать ни один мало-мальски мощный лазер. Масштабы нынче другие.
Тем более странно отмахиваться от тонких эффектов, говоря о межзвездных полетах, где самая суть предполагает просто фантастическую разницу в масштабах с нынешним уровнем. Какой стимпанк? Без качественного переосмысления последних достижений, мы уподобимся жюльверновским "Из пушки на Луну". Будем тут сидеть, выгадывать, из какого чугуна лучше отливать ствол, каким динамитом закупаться. И придем к выводу, что как-то все не очень срастается, налицо непреодолимые трудности, наверное нельзя на химической энергии топлива достичь Луны.
В общем, к чему я это все. Пускай мы себя ограничили своим пониманием ситуации и уперлись в тупик. Это нормально, так всегда и бывает. Единственно, не надо делать утверждения из серии "допплеровская аберрация гробит идею паруса как таковую". Никто никого не гробит. Наличие проблемы не означает отсутствия решения. Надо просто их искать.

[Andrew Gontchev]

Многое. Но дураков сделать царями вселенной - бессильна.

И слава Богу, что не может! (сорри за офф)

[Andrew Gontchev]

Не считаю это удачным примером. Мне милее аналогия с суммированием гармонического ряда, где аn=1/n.

Удачная аналогия, Вам заслуженный плюс.

[Проходящий Кот]

Только есть у аналогии маленький минус ----- она не имеет никакого отношения к реальности. Трудности науки растут, выход её результатов уменьшается.....

[Andrew Gontchev]

Трудности науки растут, выход её результатов уменьшается.....

Вы полагаете - современным ученым труднее их предшественников в прошлые века? Не думаю.

[vika vorobyeva]

Возвращаемся к парусу.

[Andrew Gontchev]

Возвращаемся к парусу.

Yes Ma'am

[alex_semenov]

Не считаю это удачным примером. Мне милее аналогия с суммированием гармонического ряда, где а_n=1/n. Как и выше, каждый новый шаг добавляет нам все меньше и меньше сиюминутных технических возможностей, но прелесть в том, что ряд этот -  расходящийся. Его частичные суммы неумолимо растут с увеличением n, приближенно по формуле.
.
Чтобы удвоить-утроить возможности, приходится экспоненциально увеличивать число шагов, но в принципе нет ничего недостижимого. Да, сейчас мы близки к этому экспоненциальному барьеру, но кто знает, может в методологии науки найдутся свои эффекты "туннелирования", позволяющие проходить сквозь такие барьеры.

Гм… То есть "в принципе" возможно все?
Гм…

В общем, к чему я это все. Пускай мы себя ограничили своим пониманием ситуации и уперлись в тупик. Это нормально, так всегда и бывает. Единственно, не надо делать утверждения из серии "допплеровская аберрация гробит идею паруса как таковую". Никто никого не гробит. Наличие проблемы не означает отсутствия решения. Надо просто их искать.

А никто тут руки не опускает. Просто мы пытаемся осознать глубину проблемы. Она действительно очень велика. По сути мы сделали еще один шаг к ее реализации. Нашли очень важный эффект, ранее никем не обнаруженный. И я думаю это последний неприятный эффект на пути к физической реализации идеи. Все. Если решить эту проблему, БОЛЬШЕ ПРОБЛЕМ НЕТ!
Гм…
Хотя нет.
Вопрос о разрушении паруса межзвездной пылью тоже у нас остался полуоткрытым…
Но если решить эти две проблемы, то все остальное - уже инженерия. Чистая инженерие. Околосветовой фотонной звездолет обретает физическую реальность!
"Еще 30 тысяч ведер, и золотой ключик у нас в кармане!!!" (с)

[Dem]

Это какие-такие открытия 20 века лежат под сукном?

Ну например элементарных частиц сколько наоткрывали? И хоть одна как-то используется в полезных целях? Только слабые разговоры о мюонном катализе...

[Foma]

Докажите, что лазерный (мазерный) луч такой мощнсти (более 10 солнечных постоянных 20-30 квт/м2) не вычистит коридор разгона.

По этому вопросу можно обратиться к хорошему обзору astro-ph/0304488v1 физических процессов, связанных с частицами межзвездной пыли. Касательно эффектов давления света там пишут следующее:

Здесь вводится некоторый коэффициент Q_pr, на который потом корректируется геометрическое сечение частицы. Этот коэффициент учитывает  поглощение света и рассеяние на угол со средним косинусом тета, как функции длины волны. Если размер частицы a больше или сопоставим с характерной длиной волны излучения λ, то Q_pr~1, если a<<λ, то и Q_pr<<1. Для своих целей авторы усредняют его по чернотельному спектру излучения звезды.
На рисунке ниже приведены такие усредненные Q_pr для силикатных и углеродных частиц размерами 1-100 нм, находящихся в радиационном поле звезд разной температуры.


Теперь мы можем исследовать поведение 30 нм частицы в луче с мощностью потока W=20 кВт/м₂
Для звезды с температурой 20000 К (λ~0.15 мкм) график дает Q_pr~1. Однако наш лазер работает в более длинноволновом диапазоне, у него Q_pr будет меньше, вероятно где-то 0.1 для λ~1 мкм. Тогда сила за счет давления света на частицу будет
F~(W/c)*Q_pr*πa²
так как масса частицы m=(4/3)*πa³ρ, сообщаемое ей ускорение будет равно
g=0.75W*Q_pr/(a*ρ*c) , или где-то ~0.1 м/с².
Это не очень хорошо, потому что парус идет с бОльшим ускорением и может догнать частицу со всеми вытекающими. Впрочем, отличие не столь чудовищно, чтобы отчаиваться. Можно поиграться с мощностью, длиной волны (поднять Q_pr). Возможно сама динамика разгона частиц в луче позволит им самостоятельно убиться о межзвездный газ и тогда перед парусником пойдет что-то вроде волны уплотнения, очищающей ему дорогу.
В общем, перспективы есть, для лазера во всяком случае. А вот мазерное излучение частицы, образно выражаясь, уже не заметят.

[alex_semenov]

Докажите, что лазерный (мазерный) луч такой мощнсти (более 10 солнечных постоянных 20-30 квт/м2) не вычистит коридор разгона.

По этому вопросу можно обратиться к хорошему обзору astro-ph/0304488v1 физических процессов, связанных с частицами межзвездной пыли. Касательно эффектов давления света там пишут следующее:

 . . .
так как масса частицы m=(4/3)*πa³ρ, сообщаемое ей ускорение будет равно
g=0.75W*Q_pr/(a*ρ*c) , или где-то ~0.1 м/с².
Это не очень хорошо, потому что парус идет с бОльшим ускорением и может догнать частицу со всеми вытекающими. Впрочем, отличие не столь чудовищно, чтобы отчаиваться.

О! Спасибо большое!
Отличный вклад в спор!  До сих спор вообще никто не пытался посчитать эффект выметания пыли из луча (в том числе и я). Все споры шли только вокруг разрушения паруса "стоящими" на пути пылинками (и частичками межзвездного газа - тоже).

Можно поиграться с мощностью, длиной волны (поднять Q_pr).

Вообще говоря, новая (уточненная) средняя плотность мощность луча уже не 10 солнечных постоянных у Земли, а 28.  Поэтому мне и пришлось отказаться от алюминия в пользу бериллия. Мощность луча в три раза больше. Но 0.3м/с2 все равно меньше в 3 раза чем 0,9v/c2  (расчетное ускорение паруса за 5 лет до 0.5с).

Возможно сама динамика разгона частиц в луче позволит им самостоятельно убиться о межзвездный газ и тогда перед парусником пойдет что-то вроде волны уплотнения, очищающей ему дорогу.

Вот это - самое интересное. Я вообще изначально не рассчитывал на чистое давление света. Я опирался на байку (от британских ученых) о том, что "в британии" построен лазерный луч-метла, который очищает пространство луча от находившейся там до включения лазера пыли (речь шла о космосе, то есть в воздухе этот эффект, очевидно не рабтает). Насколько я понял они этот эффект открыли случайно.
В чем прикол?
1. Даже если бы это было давление света, форма частичек скорей всего не позволит им разгоняться строго по оси луча (куда направлено давления). Тяга будет чуть в сторону. В итоге  они рано или поздно вылятетя из луча, то есть будут улетать в стороны.
2. Главный эффект тут будет оказывать, думаю не давление а ИСПАРЕНИЕ. Межзвездная частичка это как правило махонькая льдинка водородного льда. Живя миллиарды лет в темноте пояса койпера она вдруг оказывается "у самой поверхности солнца". 10-30 солнечых постоянных. Она начнет тут же испаряться и получать от этого реактивный импульс. При этом, опять таки, будучи неправильной формы очень мало шансов (считай 0) что частичка попавшая в луч полетит строго по направлению оси луча. Она обязательно вылетит из луча.
В результате мы будем наблюдать эффект очищения луча от пыли.

Что получается? Качественно, и давление света (удивлен что оно дает такое сильное ускорение, хотя ничего удивительного, у мелкой пыли отношение поверхности к объему, то есть к массе - чудовищно) и испарение газов, приводит к тому что частичка улетает в сторону от оси луча.

В общем, перспективы есть, для лазера во всяком случае. А вот мазерное излучение частицы, образно выражаясь, уже не заметят.

У нас остался открытым вопрос, действительно ли пыль так опасна для паруса?
Во-первых очень сильно пляшет оценка ее реальной плотности.
При разной оценке на порядок-два мы получаем очень разные результаты (опасно неопасно).
Но даже зная точную оценку, мы упираемся в вопрос: какого диаметра "дырку" (скажем в отношении к диаметру пыли) ВЫЖИГАЕТ столкнувшаяся с парусом частичка.
Мы тут долго считали энергию.
Она в любом случае оказалась чудовищна. И если она вся тратится на разрушение паруса (плавление и испарение окрестностей) то тогда действительно все очень плохо. При той плотности, что мы оцениваем как наиболее вероятную, поверхность паруса разгон без чистки пути световой метлой никак не выдержит. Осталось неясной динамика процесса в нанометровой пленке, после того как через нее просочилась пылинка и оставила там часть своей энергии в виде горячих электронов.
Вообще говоря,  мало шансов что вся энергия, выделившаяся в точке столкновения уйдет в парус, на разрушение его структуры. Там чудовищная концентрация мощности и она наверняка будет пытаться "смыться" другими, более "легкими" для этого путями. Скажем  горячим электронами в вакуум убегать куда проще, чем пробиваться через кристаллическую решетку вокруг точки удара. Не зря именно пыль как раз и приводит к зарядке паруса положительно (когда набегающий нейтральный водород, напротив обдирает на тонкой фольге паруса свои электроны и заряжает парус отрицательно).

В общем у нас тут две надежны.
Первая - столкновение частиц пылинок с парусом не делает в ней слишком большие дырки (если дырки диаметром с частичку то проблемы вообще не возникает! Это установлено уже точно!)
Вторая - то о чем говорили мы. Луч может очищать путь перед парусом.

Если все окажется так плохо (дырка выгорает большая, а самого луча не хватает для выметания частичек пыли на пути паруса) и в довесок ,  мы вынуждены будем (по другим обсуждавшимся здесь причинам) разгонять парусник именно радиолучом, тогда, наверное, придется отдельно совмещать с разгонным радиолучом и коротковолновый лазер-метлу, задача которого только просто вымести путь перед парусом. Но вообще говоря, это нехорошая идея. Плотность пыли в луче небольшая, и это значит что мощность этого луча будет в основном греть космос.
В общем мы тут играем на грани фола.

Многочисленные споры и попытки оппонентов утопить идею паруса, в конце концов и выявили только эти две самые нехорошие проблемы паруса. Доплеровская аберрация для излучателя и набегающий поток для самого паруса.
Все остальные проблемы - чисто инженерные. И простейшая прикидка показывает, что все они преодолимы трудом и терпением…

[Andrew Gontchev]

Многочисленные споры и попытки оппонентов утопить идею паруса, в конце концов и выявили только эти две самые нехорошие проблемы паруса. Доплеровская аберрация для излучателя и набегающий поток для самого паруса.

Алекс, еще проблема срока жизни парусины. Квантовые эффекты разрушения тонких структур.