Полет к звездам становится реальнее

To hcube:
Что-то я сомневаюсь, что из пучка протонов и электронов, летящих со сверхзвуковой скоростью с концентрацией 10-20 частиц на см³, можно получить что-то серьёзное. Впрочем надо считать. Хотя почти наверняка толку мало...

Димитър>Если сделаем источник "размером с Юпитер", может и получится и мощность и фокусировка... но Вы забыли самое важное - как парус выдержит мощности 1015 Вт ??? Пока никто на этот вопрос не ответил!

В принципе таких мощностей можно добиться так: взять 100000 источников мощностью по 10 ГВт каждый и направить их излучения на огромную линзу. Либо... мне вдруг пришла идея, а не повесить ли на расстоянии от Солнца, соответствующем орбите Меркурия, огромную линзу, превращающую расходящийся поток света от Солнца в параллельный пучок, светящий на парус...

А насчёт нагрева паруса мощностью 10¹⁵ Вт: во-первых, парус покрыт отражающим слоем с максимальным коэффициентом отражения, скажем 99%, тогда самим парусом поглощается лишь 1%, т.е. 10¹³ Вт. Ну а с этой мощностью боремся увеличением площади паруса до величины, когда устанавливается равновесие между прибывающей мощностью и излучаемой в пространство при температуре, при которой материал паруса не разрушается. По-моему парус при этом не будет даже чрезмерно большим.

yuu2>Далее, вроде, всё правильно. Но есть различие между мощностью (длиной волны фотонов) в излучателе и мощностью (длиной волны) на поверхности паруса - Доплер, однако.

Да, просто я забыл в самом начале сказать, что расчёт вёлся до скоростей порядка 0,5с, где можно пренебречь уменьшением мощности излучения с ростом скорости, в основном благодаря тому, что мощности предполагаются большими. Конечно в идеале в уравнении я должен был мощность источника помножить на доплеровскую поправку, но тогда дифф. ур-е стало бы таким, что о "прикидке" речь бы уже не шла Впрочем и без поправки видно, что скорости света нам не достичь, а уж с поправкой тем более. Но для реального использования паруса на достижимых скоростях мои формулы вполне верны.
А что значит "экипаж одноразовый"?

Б.г>В фокусировку пучка обратным комбинационным рассеянием они не верят, а в "Дедал" со стартовой массой в десятки тысяч тонн даже не на околоземной - околоюпитерианской орбите они верят!

Так вроде ж Дедал весит 100т.

DIJ>А насчёт нагрева паруса мощностью 10¹⁵ Вт: во-первых, парус покрыт отражающим слоем с максимальным коэффициентом отражения, скажем 99%, тогда самим парусом поглощается лишь 1%, т.е. 10¹³ Вт. Ну а с этой мощностью боремся увеличением площади паруса до величины, когда устанавливается равновесие между прибывающей мощностью и излучаемой в пространство при температуре, при которой материал паруса не разрушается. По-моему парус при этом не будет даже чрезмерно большим.
Хотя бы элементарную прикидку сделали бы! 10¹³ Вт на КК массой в 100 т - это 10⁸ Вт/кг (или 100 МВт/кг). Превращение всего ускоряемого КК в облако плазмы гарантировано еще в первую секунду! Меньше 1% коеф. поглощения сделать нельзя - нету такого материала. Увеличить площади паруса значит увеличить эго массу - упадет ускорение. Значит придется увеличивать мощность ПРОПОРЦИОНАЛЬНО. Я уже говорил: оружие против вторжений внеземных и астероидов, хотящих упасть на Землю получится СТРАШНОЕ !!! Но нельзя использовать эго для ускорения космических аппаратов.

Какие все, блин, экстремисты!
Десять же им подавай!
В фокусировку пучка обратным комбинационным рассеянием они не верят, а в "Дедал" со стартовой массой в десятки тысяч тонн даже не на околоземной - околоюпитерианской орбите они верят!

Сценарий разгона фотонного паруса будет совсем не таким. Мощность источника будет в диапазоне 10-100 ГВт.
Причем по мере удаления аппарата можно будет строить новые излучатели, компенсируя, таким образом, расхождение пучка.

Но, все равно, ускорение вряд ли превысит 1 мм/с2.

А в чем прелесть именно мазера - не нужно делать установку размером с Юпитер - можно построить четыре (а в общем случае N) установки на краях диска Луны, видимого с аппарата, и сделать их когерентными. И иметь эффективный размер излучателя в 3000 км, и угол расхождения в тысячную долю секунды (для длины волны 1.5 сантиметра). В принципе, это достижимо и в оптическом диапазоне. Уже сейчас длина когерентности лучших лазеров составляет до нескольких сотен километров, всего-то и надо - поднять ее на порядок. И тогда парус (правда, размером, сравнимым с размером Луны) может эффективно собирать энергию на дальностях порядка 10**12 км.

Димитър> Хотя бы элементарную прикидку сделали бы! 10¹³ Вт на КК массой в 100 т - это 10⁸ Вт/кг (или 100 МВт/кг). Превращение всего ускоряемого КК в облако плазмы гарантировано еще в первую секунду! Меньше 1% коеф. поглощения сделать нельзя - нету такого материала.

А чего не сделать прикидку, возьмём парус с удельной массой 2 г/м2 получается плотность излучаемой энергии 100 КВт/м2, это примерно в 70 раз больше чем доходит до земли от солнца, соответственно температура будет раза в 2,9 больше, то есть где то 600 С, такой температуры явно не хватит для гарантированного испарения.

Димитър> Хотя бы элементарную прикидку сделали бы! 10¹³ Вт на КК массой в 100 т - это 10⁸ Вт/кг (или 100 МВт/кг). Превращение всего ускоряемого КК в облако плазмы гарантировано еще в первую секунду! Меньше 1% коеф. поглощения сделать нельзя - нету такого материала.

Одного материала - да, нет. А вообще-то интерференционные покрытия (у нас пучок монохроматичный, не забыли?) позволяют отражать 99,999% падающего излучения. Для компенсации эффекта Допплера придется последней девяткой пожертвовать. Но даже так мы можем поглощать лишь 10**-4 падающей мощности.

VovaKur>А чего не сделать прикидку, возьмём парус с удельной массой 2 г/м2 получается плотность излучаемой энергии 100 КВт/м2, это примерно в 70 раз больше чем доходит до земли от солнца, соответственно температура будет раза в 2,9 больше, то есть где то 600 С, такой температуры явно не хватит для гарантированного испарения.

Оценка неправильная, ибо Земля - объект, протяженный вдоль оси пучка, и происходит перераспределение поглощенной энергии... Кроме того, непонятно, как учитывать влияние атмосферы. Вон, на Венере горячее, чем на Меркурии...

Кроме того, если у нас используется для паруса органический материал, то 600 градусов он, скорее всего, не выдержит...

Б.г.>Оценка неправильная, ибо Земля - объект, протяженный вдоль оси пучка, и происходит перераспределение поглощенной энергии... Кроме того, непонятно, как учитывать влияние атмосферы. Вон, на Венере горячее, чем на Меркурии...

Да, по площади ошибочка получается в 4 раз, но по порядку величины это особо не отразится, если посчитать более строго, то температура получается=(10⁵/5,6*10^-8),25=1161 К, или 888 С. Я конечно удельную плотность взял достаточно низкой, да и температура не такая маленькая получается, но по крайней мере при таких параметрах я бы всё-таки не говорил, что зеркало превратится в плазму.

Б.г.>Кроме того, если у нас используется для паруса органический материал, то 600 градусов он, скорее всего, не выдержит...

Тут я не специалист, нам на военной кафедре рассказывали про тент, держащий 800 С в течении скольких-то часов, а ещё на какой-то выставке видел одежду пожарных, для тушения нефти которая вообще больше 1000 держит. Так что тут тоже по моему всё не на столько плохо.

А вообще по моему всё же стоит спустится по мощности на порядок другой, тогда все эти проблемы перегрева станут не такими острыми, это придётся сделать за счёт увеличения ускоряющего участка, да и по скорости особо жадничать не стоит, ограничившись 0,1с мы ведь при это на пролётной траектории будем находится, и при большёй скорости просто не успеем хорошенько изучить звезду и её окрестности, а время полёта получится лет 50, вполне сравнимо с предполагаемой продолжительностью работы Вояджеров.

DIJ: «…превращающую расходящийся поток света от Солнца в параллельный пучок, светящий на парус...»

Это каким же хитрым способом можно превратить излучение протяженного (!) объекта в параллельный пучок?

VovaKur> исследование с пролётной траектории позволяет получить очень детальную, "мгновенную" картинку, а телескоп не столь детальную, но в течении длительного времени
Не совсем так. Исследование планетарной системы при помощи зонда на пролетной траектории или космического телескопа в солнечной системе - это маленький телескоп вблизи и большой издалека. Соответственно для того чтобы получить при помощи маленького телескопа приемлемые данные (превосходящие таковые, удаленного), необходимо как можно ближе подлететь к объектам изучения (планетам). Послав зонд наугад, хорошего качества не получить. Так что возможности отправить зонд мало. Нужно или отправить его с требуемой точностью в наиболее благоприятный момент или уметь тормозить. Малейшие погрешности при ускорении - это многие миллионы километров до объекта исследования (соответственно худшие данные).

RD> Не совсем так. Исследование планетарной системы при помощи зонда на пролетной траектории или космического телескопа в солнечной системе - это маленький телескоп вблизи и большой издалека. Соответственно для того чтобы получить при помощи маленького телескопа приемлемые данные (превосходящие таковые, удаленного), необходимо как можно ближе подлететь к объектам изучения (планетам). Послав зонд наугад, хорошего качества не получить. Так что возможности отправить зонд мало. Нужно или отправить его с требуемой точностью в наиболее благоприятный момент или уметь тормозить. Малейшие погрешности при ускорении - это многие миллионы километров до объекта исследования (соответственно худшие данные).

А давай посчитаем. Пусть расстояние до звезды 10 с.л. то есть если я не ошибся это примерно 630000 а.е., расстояние с которого мы будем наблюдать планеты возьмём 10 а.е., то есть мы находимся ближе к планете в 63000 раз. А теперь подумай "маленький" телескоп вблизи, я себе представляю порядка Хабла, то есть диаметр порядка нескольких метров, для того чтобы получить картинку подобного качества вблизи земли необходимо зеркала диаметром сотню километров, это по моему совершенно не реально, так что без зондов всё равно не обойтись.

VovaKur>"маленький" телескоп вблизи, я себе представляю порядка Хабла, то есть диаметр порядка нескольких метров, для того чтобы получить картинку подобного качества вблизи земли необходимо зеркала диаметром сотню километров, это по моему совершенно не реально, так что без зондов всё равно не обойтись.
Для получения данных "издалека", потребуется строительство гигантского радиотелескопа. Об этом тоже не стоит забывать. К тому же, "не столь страшен черт, как его малюют". Крупнейший строящийся на сегодняшний день оптический телескоп (VLT), эквивалентный зеркалу в 16 м, на самом деле состоит из 4-х ~8-ми метровых и 3-х ~1-но метровых телескопов. Конечно, потребуются зеркала в десятки километров, но и зато результат сразу и не один.
К тому же я не утверждаю, что такие телескопы замена межзвездным зондам. Только вот у меня большое сомнение о целесообразности "пролетных" зондов. К тому же, наверное, стоит исследовать окрестности не любых звезд, а только самых "интересных".
Пока из "ближайшего" окружения известна только одна планетарная система Эпсилон Эридана. Но это молодая звезда, а значит в окрестностях ее полно "мусора", что повышает риск потери межзвездного зонда. Другой минус этой системы - большой эксцентриситет планеты-гиганта.

RD> Для получения данных "издалека", потребуется строительство гигантского радиотелескопа. Об этом тоже не стоит забывать.

Да, потребуется, но не такой он уж и гигантский требуется, например, для обеспечения канала связи как для Вояджеров, а они находятся на расстоянии 0,5 светового дня, то есть в 7000 раз ближе, чем те расстояния, о которых мы говорим, нам потребуется антенна диаметром 100 м на зонде, приёмная антенна на земле диаметром 1000 м и увеличить мощность бортового передатчика в 300 раз, по моему по сравнению со 100 километровым зеркалом с оптической точностью, эти цифры выглядят просто смешно.

RD> К тому же, "не столь страшен черт, как его малюют". Крупнейший строящийся на сегодняшний день оптический телескоп (VLT), эквивалентный зеркалу в 16 м, на самом деле состоит из 4-х ~8-ми метровых и 3-х ~1-но метровых телескопов. Конечно, потребуются зеркала в десятки километров, но и зато результат сразу и не один.

А вроде эти большие телескопы делают на ближний инфракрасный диапазон, так как не удаётся обеспечить точность необходимую для видимого диапазона, то есть по разрешающей способности они не особо превосходят более мелкие инструменты, или я не прав?
Да и такой размер делается в первую очередь для наблюдения более тусклых объектов, а по разрешающей способности они даже с учётом адаптивной оптики все равно хуже более мелкого Хабла

RD> К тому же, наверное, стоит исследовать окрестности не любых звезд, а только самых "интересных".

Конечно, в первую очередь самые интересные, но может так получится, что на пути к ним, или после пролёта, встретятся и другие не столь интересные, в этом случае и на них можно поглядеть.

RD>Другой минус этой системы - большой эксцентриситет планеты-гиганта.

А по моему у всех обнаруженных планет эксцентриситет очень сильно отличается от СС.

Б.г.> интерференционные покрытия (у нас пучок монохроматичный, не забыли?) позволяют отражать 99,999% падающего излучения. Для компенсации эффекта Допплера придется последней девяткой пожертвовать.
А ссылку можно?

Зачем вообще "пролетный" зонд? Большой космический телескоп при сравнимых затратах и результатах, вместо одной звзды спустя многие десятилетия или столетия, даст результат для тысяч звезд и "сейчас". Зонды имеет смысл отправлять, если можно будет затормозить и провести исследования уже известной планетарной системы.

RD>Зачем вообще "пролетный" зонд? Большой космический телескоп при сравнимых затратах и результатах, вместо одной звзды спустя многие десятилетия или столетия, даст результат для тысяч звезд и "сейчас". Зонды имеет смысл отправлять, если можно будет затормозить и провести исследования уже известной планетарной системы.

Пролётный потому, потому что не пролётный сделать на основе паруса не получится. А на счёт телескопа, например, сравни сколько информации дали пролёты Пионеров и Вояджеров около внешних планет и что можно получить от Хабла. Да и как тут уже говорили, один аппарат может пролететь мимо нескольких звёзд. А вообще, у каждого метода свои преимущества и недостатки, исследование с пролётной траектории позволяет получить очень детальную, "мгновенную" картинку, а телескоп не столь детальную, но в течении длительного времени, так что это не взаимоисключающие, а скорее дополняющие друг друга методы исследования ближайших звёзд.

Б.г.>> интерференционные покрытия позволяют отражать 99,999% Димитър> А ссылку можно?

Я поищу. Но, в принципе, все лазерные зеркала так сделаны.
Дело же еще и в том, что металлическое зеркало поглощает все, что не отражает, а интерференционное, т.е. диэлектрическое - пропускает все, что не отражает.

VovaKur> Конечно, в первую очередь самые интересные, но может так получится, что на пути к ним, или после пролёта, встретятся и другие не столь интересные, в этом случае и на них можно поглядеть.
Если только не забудут еще до достижения первого или последующих объектов, что что-то отправляли.
VovaKur> А по моему у всех обнаруженных планет эксцентриситет очень сильно отличается от СС.
Нет. Есть и небольшие, как в СС. См., например http://www.obspm.fr/encycl/encycl.html

Ну, хотя бы вот:
http://optics.ifmo.ru/lections/lesson5_7.htm
Или вот:
http://optics.npi.msu.ru/prak/zad16.html
Нужно иметь в виду, что "современные" - это на момент написания книги-первоисточника, т.е. 70е-80е годы.
И там, и там заявлены 99,9%

Альтернативный вариант - использование отражателя из высокотемпературного сверхпроводника. Он тоже позволяет создать зеркало "пять девяток", причем без спектральной зависимости.

AV>Это каким же хитрым способом можно превратить излучение протяженного (!) объекта в параллельный пучок?

А просто, с помощью линзы Френеля! Ну вот обидно мне, имея под рукой сверхмощный термоядерный реактор Солнце, не применить его энергию к межзвёздным перелётам . А что, идея кстати.

Б.г.> интерференционные покрытия позволяют отражать 99,999%

Ну вот и хорошо, площадь паруса уменьшается ещё намного. А вот саму площадь прикинул бы, да вот нет коэффициента излучения материала паруса <IMG SRC="http://airbase.ru/forum/smilies/mad.gif" border="0"> , впрочем, если у кого есть, вот так бы я считал: N=2SqT⁴, где N - поглощаемая мощность, S - площадь паруса, Т - температура нагрева,К, q - коэффициент излучения. Впрочем, извратившись и высчитав коэффициент излучения металла какого-то по косвенным данным, пришел к выводу, что вряд ли диаметр круглого паруса, потребный для излучения мощности, превысит нескольких километров (это при отражательной способности зеркала 99%).

А что касается использования зонда для исследований и проблем с торможением, то я бы предложил выбрасывать на подлёте к звезде зонды с какими-нть ионными движками для торможения. Если и не затормозятся совсем, так хоть смогут сфотографировать окрестности или ещё чё-нть сделать .