Космический парусник: имеет ли он смысл?

[Прохожий]

Ребята, а парус нельзя использовать заодно и для торможения? Скажем летим из СС - солнечный ветер нас разгоняет, подлетаем к звезде-цели - ее ветер нас тормозит.

Это не работает по нескольким причинам:
1. Скорость корабля гораздо выше чем необходимо при отсутствии тормозных сооружений.
2. Изношенность паруса после межзвездного перелета
3. Отсутствие точных данных о призвездной обстановке.

[Andrew Gontchev]

Ребята, а парус нельзя использовать заодно и для торможения? Скажем летим из СС - солнечный ветер нас разгоняет, подлетаем к звезде-цели - ее ветер нас тормозит.

Это не работает по нескольким причинам:
1. Скорость корабля гораздо выше чем необходимо при отсутствии тормозных сооружений.
2. Изношенность паруса после межзвездного перелета
3. Отсутствие точных данных о призвездной обстановке.

1  - несомненно, 2 под вопросом, 3 - почему отсутствует? На парусе ПН - она с мозгами

[Foma]

Мы тут много страниц назад пропускали через парус пылинку соизмеримой толщины (десяток нанометров).  Выяснили (меня убедили) что пылинка ПРОСОЧИТСЯ (по сути) сквозь парус. При этом мы полагали что энергия поделится поровну. Если же "пылинка" окажется раз в 10 толще паруса, то в 10 раз больше выделившеся энергии достанется именно пылинке. Пролетев, скврозь парус она, разумеется "взорвется" как ядерный микрозаряд. Пролитит даже не оставив дырки! Но энергия в месте пролета будет настолько чудовищной, что там тоже случиться взрыв. Какие разрушения он создаст - предмет незаконченной дискуссии.

Здесь стоит сделать следующее замечание: в межзвездном пространстве есть разные пылинки, типичное распределение по размерам описывается зависимостью вида n(r)~r^-3.5, причем r лежит в диапазоне 5-250 нм (меньше частиц нет, больше - тоже нет, см здесь). Хотя количественно преобладают мелкие частицы, почти вся масса сосредоточена в больших и именно они обеспечат основную "убойную силу". В самом деле, размер повреждения как минимум ~r², а может быть зависит от размера частицы и еще более сильно, как ~r³ например.  Поэтому основное внимание надо уделить столкновениям именно с крупными частицами.
А дальше дело техники. Общую массу пыли мы знаем, распределение по размерам знаем, можем вычислить конкретную концентрацию для каждого размера и потом, задавшись зависимостью для диаметра дырки, можем проинтегрировать по распределению и грамотно оценить предполагаемый ущерб.

[Andrew Gontchev]

Здесь стоит сделать следующее замечание: в межзвездном пространстве есть разные пылинки, типичное распределение по размерам описывается зависимостью вида n(r)~r-3.5, причем r лежит в диапазоне 5-250 нм (меньше частиц нет, больше - тоже нет, см здесь). Хотя количественно преобладают мелкие частицы, почти вся масса сосредоточена в больших и именно они обеспечат основную "убойную силу". В самом деле, размер повреждения как минимум ~r2, а может быть зависит от размера частицы и еще более сильно, как ~r3 например.  Поэтому основное внимание надо уделить столкновениям именно с крупными частицами.
А дальше дело техники. Общую массу пыли мы знаем, распределение по размерам знаем, можем вычислить конкретную концентрацию для каждого размера и потом, задавшись зависимостью для диаметра дырки, можем проинтегрировать по распределению и грамотно оценить предполагаемый ущерб.

Собственно, если исходить из критерия Реллея и вашей оценки r^3, то пусть эта пыли вообще сделает из парусины сплошное решето. Выбрав соответствующую длину волны "ветра" -  тяга паруса ВООБЩЕ не упадет - хоть гипюр из него сделай:)

[Stalk.er]

Собственно, если исходить из критерия Реллея и вашей оценки r^3, то пусть эта пыли вообще сделает из парусины сплошное решето. Выбрав соответствующую длину волны "ветра" -  тяга паруса ВООБЩЕ не упадет - хоть гипюр из него сделай:)

Да, согласен. В расчётах было показано, что дырявый парус до определённого размера дырок даже лучше сплошного - он легче, а коэффициенты отражения/пропускания практически такие же.

[Andrew Gontchev]

Да, согласен. В расчётах было показано, что дырявый парус до определённого размера дырок даже лучше сплошного - он легче, а коэффициенты отражения/пропускания практически такие же.

Натюрлих, Мин Херц!

[Проходящий Кот]

А чего теперь в парусах не так, полковник?

[-Asket-]

Near Term Solar Sailing at NASA FISO
Обновленная (21 мая) презентация по солнечным парусам программы NASA FISO (Future in Space Operations) от Bruce Campbell.

[noxx77]

А вот, кстати, интересный момент: на входе пулевое отверстие гораздо меньше, чем на выходе. Размер отверстия в парусе от столкновения с микрометеоритом будет напрямую зависеть от толщины самого паруса. Если парус очень тонкий, то он весь - "вход", т.к. энергия от столкновения с пылинкой будет по большей части направлена назад или в пылинку, а скорость столкновения очень велика, т.е. пылинка, поглотившая энергию столкновения, взорвётся за парусом, и чем больше сама пылинка, тем больше расстояние от паруса, т.к. взрыв будет распространяться по ней.

Исходя из этого, противометеоритную ПН звездолета тоже стоит делать из каскада тонких сеток, летящих впереди на значительном расстоянии - тогда сам корабль будет сталкиваться только с остатками плазмы, которая не рассеялась - в конце концов можно принять на магнитный щит.

[Arton]

энергия от столкновения с пылинкой будет по большей части направлена назад или в пылинку

Энергия не имеет направления. Ни вперед не имеет, ни назад – не имеет.
Наверное Вы имели в виду Импульс столкновения.

[noxx77]

энергия от столкновения с пылинкой будет по большей части направлена назад или в пылинку

Энергия не имеет направления. Ни вперед не имеет, ни назад – не имеет.
Наверное Вы имели в виду Импульс столкновения.

Его. Спасибо за поправку.  Удар неупругий и пылинку с фрагментом паруса суммарным импульсом унесет назад от звездолета. Но я также имел в виду и то, что часть кинетической энергии пылинки и фрагмента паруса при столкновении перейдет в их же тепловую.

[Андрей из Питера]

обновим-ка темку.

[ivanij]

 А давайте, объединим.

 

Комментарий модератора раздела

 Темы соединены

[elind]

Если для разгона паруса нужна мощность десятков тысяч ТераВатт, и астросооружения для её добычи - вроде "Гравицапы" Семёнова, возможно оправдано применение накопителей? Инерциальные накопители из композита на основе предварительно напряжённых углеродных волокон могут запасать 1 МДж/кг, следовательно, энергию для запуска парусника 100 килотонн массой с половиной скорости света можно запасти в массе 10¹⁹ кг (как раз масса "якоря" для системы запуска). Теперь, когда у нас есть энергия на весь запуск, которую не нужно преобразовывать с КПД 10-30%, а извлечь из аккумулятора с КПД 98-99%, можно использовать микроволновой луч. Тогда, даже для монолитного полотна, степень черноты паруса можно довести до 0.9 - подбором оксидной плёнки - а долю поглощённого излучения уменьшить ниже 1% - что позволит поднять мощность луча в 30-40 раз, а значит, сократить дистанцию разгона в то же число раз. Это даст нам:
а) уменьшение износа паруса пылью в 30-40 раз;
б) при сохранении размеров оптической системы, можно поднять длину волны в 30-40 раз против лазерной системы (притом, что длинноволновая оптика попроще коротковолновой, и размеры линзы можно бы тоже поднять);
в) главное - сокращение пути и увеличение длины волны позволят в, примерно, 1000 раз сократить доплеровские аберрации.
Кроме того, парус может быть и в виде сетки - при той же массе, размером в 3-5 раз больше, что позволит во столько же ещё поднять длину волны. Возможно, возрастёт и степень зеркальности - что позволит ещё увеличить мощность луча, сократив длину разгона и ещё поднять длину волны.

[ВадимZero]

Размер отверстия в парусе от столкновения с микрометеоритом будет напрямую зависеть от толщины самого паруса. Если парус очень тонкий, то он весь - "вход", т.к. энергия от столкновения с пылинкой будет по большей части направлена назад или в пылинку, а скорость столкновения очень велика, т.е. пылинка, поглотившая энергию столкновения, взорвётся за парусом, и чем больше сама пылинка, тем больше расстояние от паруса, т.к. взрыв будет распространяться по ней.

Размер отверстия будет определяться энергией выделившейся при контакте пылинки с парусом необходимой для плавления паруса. Ее уже считали, диаметр дырки будет на порядки превосходить диаметр пылинки. Парус банально не выдержит разгона.

[ВадимZero]

Изобретательство - это озарение (творчество в его подлинном понимании), формальным алгоритмом не описываться.

Пора бы уже заканчивать с белковым шовинизмом.

[elind]

Я тут обсчитывал "Стартовый Стол" из моего предыдущего сообщения - как квадратную пластину со стороной 1000 км и толщиной 20 км, и автономную систему - и определил, что, приняв его пассивным радиатором, при Т=300 кельвин мощность теплового сброса составляет 9*10¹⁴ Вт - мало, даже при КПД лазеров в теоретические 67%. Нет, можно, конечно, увеличить "Стартовый Стол" до 10 000 км, но потом решил обсчитать для ускорителей.
До 1 ГэВ (а больше и не нужно) можно изготовит прямой линейный ускоритель, по сути - ионник - а для них КПД 99%. КПД извлечения энергии из инерциальных аккумуляторов 98%, преобразование "много ампер" в "много вольт", учитывая, что масса преобразователя нас сильно не лимитирует, тоже 98%. Итого, суммарный КПД около 95%, и протон-электронный луч может иметь мощность 1.8*10¹⁶ Вт.
Всё равно мало, но вот что замечательно - для прямого линейного ускорителя - по сути, просто стопы обкладок с повышающимся потенциалом каждой следующей - температура работы совсем не так критична, как для лазеров. Вольфрамовые обкладки с кварцевой (или вообще угольной) изоляцией и при полутора тысячах будут неплохо работать. Сливаемое тепло составит 5*10¹⁷ Вт, а мощность луча, пусть при возросших вдвое потерях, будет 5*10¹⁸ Вт.
Кроме этого, луч частиц чем хорош - магнитным парусом он отражается почти полностью, не грея парус, так что мощность на площадь для такого луча может быть и повыше лазерной, нет потерь энергии луча, и, самое интересное - если скорость луча вдвое выше скорости паруса, отражающий парус, как движитель, имеет КПД 100%, а, поскольку скоростью частиц в луче управляем мы, можно запрограммировать постепенное возрастание скорости так, чтобы он постоянно имел вдвое большую скорость, чем парус (для релятивистского случая требуется, чтобы скорости частиц и точки старта в системе отсчёта паруса были равны по модулю, тогда скорость частиц в СО точки старта находим из релятивистского сложения скоростей). Кроме того, поскольку при разгоне частицы, испущенные позже, догоняют испущенные раньше, длина отрезка луча сокращается, а мощность в районе паруса - растёт.
Таким вот образом стокилотонный парус можно разогнать до 0.5 с за неполные четверо суток, и путь разгона составит 15 а. е., и точность фокусировки частиц необходима 5*10^-7 радиан. Причём не требуются радиаторы планетарного размера.
Только если запускать пилотируемый корабль, придётся либо растягивать разгон на месяц (точность фокусировки 5*10^-8 радиан), либо помещать людей в противоперегрузочные гидрокапсулы.

[gan]

Полеты в космосе на средние и дальние расстояние >200a.e. не имеют практического и теоретического смысла при малых скоростях. Я бы не стал тратить время на расчеты космических летательных аппаратов в которых время пребывания в полете с человеком на борту превышает 10 лет. Не говоря о сотнях лет... Я понимаю что все хотят летать(особенно на парусниках )  к звездам и все такое. Также я бы не рассчитывал на прилет инопланетян на летающих тарелках, которые помогут нам создать гравицапу. Раз уж пришли на этот форум будьте реалистами. И не забывайте что космос который мы видим через телескопы совсем не тот космос который мы будем покорять в будущем. Свет летит много лет, все движется, и меняется со временем а особенно через сотни тысячи лет. Никто почему то не поднимает вопрос навигации и связи в глубоком космосе... На земле без gps  ни как, а это 30 спутников. Затраты... А представьте  космос 10-100 св. лет. Я бы сначло решил вопрос с энернией для будущего корабля. Но если, ктото из вас, сядет решать задачу по практическому перемещению в космосе на длинные дистанции с малым временным интервалом, буду только за... 

[elind]

Парусник на 0.5 с до альфы центавра долетит за восемь с лет, такого хватит?

[OratorFree]

Парусник на 0.5 с до альфы центавра долетит за восемь с лет, такого хватит?

Не долетит. Курите анналы, например : http://go2starss.narod.ru/pub/E009_RMP.html