Техническая возможность межзвёздных перелётов

[Mase]

>>Louis
Про расчёты солнечного паруса - это интересно, нельзя ли по подробнее.

Да убей меня Бог лаптем, если я могу дать ссылки на ресурсы интернет... Данные получены из научно-популярных книг К. Гильзина и Феоктистова (того самого космонавта). Первого читал в своё время преизрядно... Кстати, то же самое писала в своё время серия "Космонавтика и астрономия" общества "Знание". Поднимите подшивки за 1990 год.

Импульс фотона и его энергия имеют известные соотношения в релятивизме (и квантовой механике).
Дальше берем производную по времени получаем связь между силой давления и интенсивностью света в Ваттах
Уже известно, что примерно это примерно 1800 Ватт/метр.

E = pc, где E - энергия фотона, p - импульс (Правильность формулы была показана опытами Лебедева по давлению света - его данные совпали с релятивистскими предсказаниями)

p = E/c

тогда

F = N/c, F - сила, N - мощность излучения

Тогда имеем силу на один квадратный метр:

F = 1800 Ватт/3e8 = 6*10^-6 =  6 микроНьютон = 0.6 миллиграм,

Если парус отражает фотоны а не поглощает, что справедливей, иначе будет греться, то сила в два раза больше, т.е.

F ~ 1.2 мг на метр в квадрате, при плотности мощности света (интенсивности) в 1800 Ватт на метр²

[Mase]

Все-таки дорогу в космосе построить можно на принципе солнечных парусов, должны быть лишь станции с фонариками, разделенные расстояниями диффракционной расходимости.

Расходимость луча полядка l/D,
где D - диаметр фонарика.
l - длина волны.

Возьмем парус площадью в квадратный километр, интенсивность света пусть будет солнечной, тогда сила давления будет порядка килограмма.
Диаметр паруса километр,

Угол расходимости луча фонарика: a = l/D ~ 5*10^-10 радиан.
Значит луч удвоит диаметр изза расходимости на расстоянии примерно в L = D/a = D²/l ~ 10³/5*10^-10 = 2*10¹²метров = 2 млрд километров.

Если же сделать гигантский легкий пленочный объектив (фрешнелевые линзы), скажем диаметром раз в 300 больше (300 километров), то можно сфокусировать часть энергии солнца в параллельный луч и этим гигантским прожеектором светить на парус. При такой апертуре дальность при которой этот луч в теории останется нерасфокусированным вырастет в 300² раз, т.е 1.8*10¹⁷ метров. Это в пределе примерно 19 световых лет.

Т.е. нашим Солнцем теоретически можно освещать планеты ближайших звезд без потери мощности. Значит Отправляем корабль таким образом к какой-нибудь звезде, там разворачиваем еще один такой гиганский объектив. И можно сделать световые дороги между звездами. Как только объективы установлены и стационарны - пожалуйста - пользуйтесь на здоровье.
Для торможения тоже можно использовать свет, т.е. между любыми двумя парами звезд пускать две параллельные дороги в противоположном направлении.
Как только корабль решил затормозить - он перезжает на соседнюю дорогу.

А что, выглядит вполне возможным, промежуточных станций не нужно.

[Louis]

Возьмем парус площадью в квадратный километр, интенсивность света пусть будет солнечной, тогда сила давления будет порядка килограмма.
Диаметр паруса километр,

  Итак, величина давления солнечного света вами признана... остаётся только найти разведчика, который выкрадет у японцев технологию фотонных аккумуляторов - и в путь! кстати, как там насчёт 100 миров в окружности 10 световых лет от нас?

[Mase]

Возьмем парус площадью в квадратный километр, интенсивность света пусть будет солнечной, тогда сила давления будет порядка килограмма.
Диаметр паруса километр,

  Итак, величина давления солнечного света вами признана... остаётся только найти разведчика, который выкрадет у японцев технологию фотонных аккумуляторов - и в путь! кстати, как там насчёт 100 миров в окружности 10 световых лет от нас?

Да аккумуляторы то и не нужны, если имеются световые дороги . Вся энергия - внешне подводима. Очень удобно, главное не поглощать сильно много и не перегреться.

[Марина]

>>Mase
Во первых кто вам тормозной луч на соседней звезде построит?
Во вторых проще и надёжнее своим парусом разгоняться.
В  третьих про дорогу вы в другой теме читали (Возможные движки)

>>..................
В  четвёртых может кто про конструкцию и материалы паруса расскажет в той же теме (Возможные движки)

[Mase]

>>Mase
Во первых кто вам тормозной луч на соседней звезде построит?
Во вторых проще и надёжнее своим парусом разгоняться.
В  третьих про дорогу вы в другой теме читали (Возможные движки)

>>..................
В  четвёртых может кто про конструкцию и материалы паруса расскажет в той же теме (Возможные движки)

Тормозной луч пока действительно проблема.

Но своим парусом это как?. Интенсивность Солнца может ослабнуть быстро с расстоянием. А свой парус не нужен, если корабль сам будет светить.

Если внешне подведена энергия на парус, то интенсивность луча надо держать с расстоянием, что выше было оценено.
А дорогу строить не надо - достаточно лишь один плоский объектив у Солнца, ведь показано выше, что его одного должно быть вполне достаточно на теоритическое расстояние до 19 св лет, т.е. свет не надо ретранслировать. Главное соответствующий размер. Один такой луч прямо от Солнца и закинет куда нужно.
Лишь только вопрос в реализуемости такого объектива.
Промежуточных станций не нужно. Звезды - промежуточные станции. У каждой на каждое направление на следующую звезду должен быть большой объектив-фокусатор.

Энергию с собой везти тоже не нужно - она поставляется Лучом и является дармовой, единственное, переработанная в тепло - ее нужно будет рассеивать тепловым излучением.

[Марина]

А вот и попробуйте разогнаться на своём парусе пока свет Солнца не ослаб.
Есть идея: если парус отражающий то можно разгоняться на косом вооружении снижая орбиту вокруг Солнца, а потом отойти и перейти на прямое.

Свой парус не нужен, если светить самому но идей как сделать фотонный двигатель я ещё не слышал.

И никто не может сказать сколько весит парус.

[Mase]

А вот и попробуйте разогнаться на своём парусе пока свет Солнца не ослаб.
Есть идея: если парус отражающий то можно разгоняться на косом вооружении снижая орбиту вокруг Солнца, а потом отойти и перейти на прямое.

Свой парус не нужен, если светить самому но идей как сделать фотонный двигатель я ещё не слышал.

И никто не может сказать сколько весит парус.

Видимо идею я непонятно объяснил.
То что было предложено с объективом - это как раз вариант, когда свет от Солнца НЕ ОСЛАБНЕТ НА РАССТОЯНИИ ~ 19 св лет (я ведь написал как это оценить).
Если диаметр луча ~ 300 км. Что можно попробовать сделать тонким пленочным фрешнелевым объективом. Можно сделать многослойный или голографический объектив, если будут проблемы с формированием луча. Объектив, конечно техническая проблема, но не такая сверхсерьезная.

А корабль - состоит лишь из пассивного паруса и все! Больше никаких проблем - дармовая энергия Солнца без потерь на всем расстоянии от звезды до звезды.
Четкий широкий параллельный луч - засовываете свой парус туда и ускоряйтесь наздоровье.
Никаких лишних источников энергии с собой брать не надо.

Если бы можно было и на противоположной звезде сделать такой же объектив для создания луча торможения,
тогда бы были два луча в противоположных направлениях - своеобразная двунаправленная световая трасса.
Сначала по одному лучу ускоряемся, летим, а в середине пути переходим на соседний луч для торможения.
И межзвездная световая трасса создана, причем без промежуточных станций - очень удобно - ничего в космосе строить тоже не надо.

Скорость корабля регулируется переключением между тормозящей и ускоряющей дорогами.
Если угол наклона паруса управляемый, то можно и поперечные скорости развивать.

* * *

По поводу фотонного двигателя - если сделать ЛЮБОЙ фонарик со световой можностью эквивалентной
1..2 полной мощности Солнца , падающей на площадь паруса, то эффект тяги будет абсолютно такой же, не надо парус.

Просто нужно много энергии с собой везти - это плохо. Но зато можно достичь релятивистских скоростей, поскольку эффект допплера не будет мешать

[Марина]

>>Mase
Ваша идея проста и понятна (и раньше тоже была понятна). А потому вполне работоспособна.

Проблемма в том что это для рейсового транспорта, а не для первопроходцев.

Представляете плотность излучения собранного с многокилометрового паруса и излучаемого, стометровым отражателем.
Во первых как создать такой мощный источник? Самый мощный из существующих - дуга просто ничтожен по сравнению с требуемым.
Во вторых излучение очень опасно может спалить поверхность планеты или другой корабль.
В третьих он же и устройство связи. Включение тяги будет заметно с расстояния в сотни световых лет.

А релятивистских скоростей на своём топливе всё равно не достичь.

[Mase]

>>Mase
Ваша идея проста и понятна (и раньше тоже была понятна). А потому вполне работоспособна.

Проблемма в том что это для рейсового транспорта, а не для первопроходцев.

Представляете плотность излучения собранного с многокилометрового паруса и излучаемого, стометровым отражателем.
Во первых как создать такой мощный источник? Самый мощный из существующих - дуга просто ничтожен по сравнению с требуемым.
Во вторых излучение очень опасно может спалить поверхность планеты или другой корабль.
В третьих он же и устройство связи. Включение тяги будет заметно с расстояния в сотни световых лет.

А релятивистских скоростей на своём топливе всё равно не достичь.

Я соглашусь с Вами, что у первопроходцев будут проблемы. Это так и нерешено.
Конечно, с этим надо разбираться, хотябы для того чтобы доставить объектив на другую звезду и развернуть его там.
И с топливом я согласен и во всем остальном

[Зуек]

 Из нанотрубок сделали ткань для "лестницы в небо" (22 августа 2005 г.) http://news.cosmoport.com/2005/08/22/8.htm
"... Кроме прочности, наноткань обладает и другими необычными свойствами: как и металлы, хорошо проводит ток, но намного легче металлической фольги. Ученые утверждают, что квадратный километр сверхтонкого полотна будет весить всего 30 килограммов.
По мнению экспертов, наноткань найдет достаточно приложений. "Лестница в небо" является не самым необычным, хотя и востребована NASA уже сейчас: космическое ведомство объявило весной этого года конкурс на ее разработку...."

[Louis]

  А живым вернёшься, то опять
    Поцелуй траву у космодрома...
    Мы построим лестницу до звёзд... и т.д. 

    Что за страсть к гигантизьму? Корабль, рассчитанный на 10-15 лет полёта, необходимо должен быть большим, это верно. Однако, фотонные аккумуляторы таки позволят создать движки, которые эту самую траву у космодрома даже не примнут. А скорость в вакууме будет 0.1-0.3с. Ergo, гигантские "обьективы" ни к чему.

Однако, при использовании фотонных аккумуляторов КК размером с "Титаник" и массой в 50 килотонн гигантом вовсе не покажется. А как, интересно, вы себе представляете Большой Межзвёздный Корабль?

[Марина]

Нет, траву не примнут - она просто мгновенно превратится в плазму.
Интересно а какова вероятность наткнуться на айсберг в космосе? Особенно если гнать  с 0,2·с. (не будем называть "Титаник"ом)
Первопроходец должен быть максимально автономным.
При 10-15 лет необходима искуственная гравитация, а это устанавливает минимум по размерам.
Интересно куда можно добраться за 10-15 лет.

[Mase]

А живым вернёшься, то опять
    Поцелуй траву у космодрома...
    Мы построим лестницу до звёзд... и т.д. 

    Что за страсть к гигантизьму? Корабль, рассчитанный на 10-15 лет полёта, необходимо должен быть большим, это верно. Однако, фотонные аккумуляторы таки позволят создать движки, которые эту самую траву у космодрома даже не примнут. А скорость в вакууме будет 0.1-0.3с. Ergo, гигантские "обьективы" ни к чему.

Однако, при использовании фотонных аккумуляторов КК размером с "Титаник" и массой в 50 килотонн гигантом вовсе не покажется. А как, интересно, вы себе представляете Большой Межзвёздный Корабль?

По поводу гигантского объектива. Я и не намеревался сфокусировать энергию солнца с диаметра в 300км в размер маленького паруса - просто собирался сделать луч который имеет расхождение 1/r² - параллельным после объектива с освещенностью любого объекта, попавшего под этот луч, такой же как у Солнца.
Т.е. ничего под ним не сгорит и никому опасности не представляет.
Зато, на 19 св лет - пожалуйста - свет не расходится и не ослабляется.
Это не страсть к гигантизму а нормальное решение. Технически много более простое. Такой оптический прибор можно сделать ввиде отражающей пленки с обратным фокусом. Подобрать ее расстояние от Солнца отражение такое, чтобы сила светового давления уравновешивала притяжение пленочного зеркала к Солнцу. Корректировать орбиту можно посредством регулировки коэфф-та отражения/прозрачности. Как только пленка слишком далеко от Солнца - уменьшаем отражение - ее сильнее притянет. И наоборот - если слишком близко, то делаем ее практически абсолютно зеркальной - она выйдет назад, на свою орбиту. Наверное можно найти отражающий  материал с весом 1мг/м². Перспективы материалов из нанотрубок, котрые хорошо проводят, а следовательно и отражают, могут привести к созданию подходящей пленки.

[Зуек]

 Mase
1 мг/м2 - много, это 1000кг на 1км2, 30 кг/км2 - это 30 мкг/м2. 

[Mase]

Mase
1 мг/м2 - много, это 1000кг на 1км2, 30 кг/км2 - это 30 мкг/м2. 

Зуек, я имел в виду, что 1M² при солнечном свете будет испытывать силу около 1мг.
Далее, если на радиусе Земли от Солнца, можно сделать объектив/зеркало, которое будет притягиваться к Солнцу на меньшее значение, чем световое давление, то можно сделать устойчивое зеркало или объектив, подвешенный между давлением света и гравитацией Солнца.
Если его сделать диаметром в 300 км и с помощью него формировать параллельный луч, то он может таким оставаться с десяток световых лет.

Тем самым создавая
эффективную световую дорогу для запуска кораблей со световым парусом.
Вплоть до следующего Солнца.

[Зуек]

Mase
Зуек, я имел в виду, что 1M2 при солнечном свете будет испытывать силу около 1мг.
К сожалению не телепат, мыслей читать не могу, читаю текст:  Наверное можно найти отражающий  материал с весом 1мг/м2.
 Как бы оно небыло, путешествовать человеку в космосе под парусом тоже не суждено, долетит только прах, или в лучшем случае пра...пра... правнуки, а хочется здесь и сейчас.

[Mase]

Mase
Зуек, я имел в виду, что 1M2 при солнечном свете будет испытывать силу около 1мг.
К сожалению не телепат, мыслей читать не могу, читаю текст:  Наверное можно найти отражающий  материал с весом 1мг/м2.
 Как бы оно небыло, путешествовать человеку в космосе под парусом тоже не суждено, долетит только прах, или в лучшем случае пра...пра... правнуки, а хочется здесь и сейчас.

Кстати когда я оценил что вес должен был быть 1 мг, то я ошибался. Силу давления то взял солнечную а силу гравитации земную.

Вес 1мг массы по отношению к Солнцу может быть совсем другим. Явно меньшим.
Значит можно более массивный объектив разместить вдали от Земли нее, чтобы было влияние одного Солнца.

Т.е. объектив должен иметь массу ~ 0.170 грамм/Метр², чтобы солнечное давление удерживало его вес в направлении Солнца.

Расстояние до Солнца не важно, можно выбрать любую орбиту. Если расстояние уменьшается в два раза, то давление света возрастает в четыре раза, сила тяжести тоже в 4 раза.
А соотношение сил остается прежним. Причем это стационарное положение - не нужно иметь вращение по орбите Солнца. Тем самым объектив может быть настроен куда надо.

[Зуек]

 Mase
Звиняйте хлопче, не вьехал сразу

[Louis]

При рассмотрении этого вопроса без искусственной гравитации придётся иметь в виду ускорение КК, которое при сколь-нибудь длительном полёте должно быть равно земному g или меньше его. При ускорении в 1.7g астронавты будут испытывать, мягко говоря, неудобства. Хайнлайн писал о быстром старении организма астронавта при постоянной двоёной перегрузке ("Лифт в небе"). Но даже при ускорении в 1g разгон до нормальной "крейсерской межзвёздной скорости" будет занимать месяцы или даже годы. Столько же на торможение. Однако, опять же, для выхода за пределы Солнечной системы ускорение в 1g или больше ни к чему (если не стартовать прямо с Земли, конечно).
Короче, явное противоречие: при постоянном разгоне с небольшим ускорением увеличиваются сроки полёта, при большом ускорении возникнут проблемы со здоровьем путешественников (плюс довольно большой период невесомости, что разрегулирует организмы на борту окончательно).
Есть пока ещё фантастическое решение длительного анабиоза астронавтов, но... До практического его применения не ближе, чем до искусственной гравитации.