Электрический парус

Balancer> Электрический парус НАСА: первая проверка концепции / Geektimes

Одна из самых малограмотных статей на Гике
Сама идея в данной реализации - весьма паршивая. Есть гораздо более реалистичные и эффективные проекты.

Wyvern-2> Одна из самых малограмотных статей на Гике

Да ладно, куда хуже бывают Но не часто, да.

Wyvern-2>> Одна из самых малограмотных статей на Гике
Balancer> Да ладно, куда хуже бывают Но не часто, да.

Как и солнечный парус, электрический парус использует давление солнечного ветра, но не фотонов, а протонов.

 

Фотоны перестают давать необходимую тягу уже на расстоянии 5 а.е. от Солнца, где-то в районе пояса астероидов, а вот протоны — совсем другое дело.

 

Поток электронов из пушки заряжает тросы, так что положительно заряженный металл отталкивает протоны солнечного ветра и получает импульс.

 

Хотя сталь плотнее алюминия, но это нержавеющий материал

 

Сенсоры замеряют отражения протонов от заряженного троса и количество притянутых к нему электронов.

 

Типичный журноламер-ГСМ...

А насчет солнечного ветра есть гораздо более простые и привлекательные иде - магнитный и плазменный паруса.

Wyvern-2> Типичный журноламер-ГСМ...

Большинство ошибок весьма мелкие, на уровне стилистики или опечаток (даже если на самом деле это НЕ стилистика и опечатки). Про "поток электронов из пушки, заряжающий металл" - вообще чистая корявость стилю. В первой цитате просто надо было "но" заменить на "т.е.".

В общем ничего фатального. Имеющаяся лажа от пересказа ни на что особо принципиально не влияет.

Wyvern-2> А насчет солнечного ветра есть гораздо более простые и привлекательные иде - магнитный и плазменный паруса.

По сравнению с магнитным парусом - тот ничем принципиально не лучше на уровне идеи, а технически - электростатика проще и надёжнее. "Плазменный парус" - вообще ерунда какая-то.


Кстати, эту электростатику еще лет семь-восемь назад на НК обсуждали. Помнится, с Татарином тогда спорили относительно эффективной площади.

Fakir> Кстати, эту электростатику еще лет семь-восемь назад на НК обсуждали. Помнится, с Татарином тогда спорили относительно эффективной площади.

Да, да - сам Татарин вдруг заявился на НК и предложил эту идею -у него она, кстати, была даже красивее

P.S. Обратил внимание, что многие физики, причем особенно плазмисты НЕ понимают идею плазменного паруса... Почему? Потому, что у них в крови "держать и не пущать!!!" А идея простая и красивая

Wyvern-2> Да, да - сам Татарин вдруг заявился на НК и предложил эту идею -у него она, кстати, была даже красивее

Практически такая же. ЕМНИС тоже с нитями.

Wyvern-2> P.S. Обратил внимание, что многие физики, причем особенно плазмисты НЕ понимают идею плазменного паруса... Почему? Потому, что у них в крови "держать и не пущать!!!" А идея простая и красивая

Расход массы.

Wyvern-2>> P.S. Обратил внимание, что многие физики, причем особенно плазмисты НЕ понимают идею плазменного паруса... Почему? Потому, что у них в крови "держать и не пущать!!!" А идея простая и красивая
Fakir> Расход массы.
Да. Но он, в практической реализации, ничтожен Посчитай, скока (например) цезия надо, что бы создать плазменное облако радиусом в 10 км с плотностью в 10-100 раз больше, чем у межпланетной среды?

Wyvern-2> Да. Но он, в практической реализации, ничтожен Посчитай, скока (например) цезия надо, что бы создать плазменное облако радиусом в 10 км с плотностью в 10-100 раз больше, чем у межпланетной среды?

Больше, чем ты думаешь. Во всех этих версиях вокруг магнитных парусов на цезии или там пылинках, удерживаемых в поле, аффтары думать не думают о потерях массы за счёт неустойчивостей и пр.

Размеры в 10 км тоже вызывают дофига вопросов, т.к. собственное поле паруса накладывается на межпланетное поле (которое, межпрочим, меняется по силе и направлению), и суммарная картина не особо-то поспособствует удержанию. Или же требования к собственному полю будут становиться всё интереснее.

Плюс - сама магнитная система с довольно-таки сильным полем на поверхности самих катушек тот еще подарок. С этой точки зрения электростатика на порядок технически проще, а расхода массы вообще не предусматривает. Эмиттер электронов достаточно высокой энергии - и усё (что, кстати, наводит меня на определённые пЕар-мысли).

Fakir> Плюс - ... Эмиттер электронов достаточно высокой энергии - и усё (что, кстати, наводит меня на определённые пЕар-мысли).


Как я и подумал ты ангажирован Тока и в плазменном парусе высокоэффективные эмиттеры тоже нужны

Вообще, IMHO, оптимальна комбинированная идея: плазменный парус с магнитом большого диаметра aka магнитным парусом
Где то считали (даже я сам кажется ) что критическим там является не столько поле, сколько его размер. Лента ВТСП в фольгированной теплозащитной оболочке длинной эдак в километЕр с полем порядка единиц Тесла и литиевый плазматрон - самое то

Wyvern-2> Как я и подумал ты ангажирован

Да если б.

Wyvern-2> Тока и в плазменном парусе высокоэффективные эмиттеры тоже нужны

Да фуфло в принципе что одно что другое что третье. Сложность достаточно велика, тяга мала, и т.д. и т.п. Особых мегапреимуществ - не даёт
Соответственно мой пойнт в том, что электростатический парус - чуточку меньшее, чуть более простое и надёжное и чуть более эффективное фуфло. Соответственно у него есть некая вероятность на реализацию с какой-то пользой.

Wyvern-2> Лента ВТСП в фольгированной теплозащитной оболочке длинной эдак в километЕр с полем порядка единиц Тесла и литиевый плазматрон - самое то

"А теперь со всей этой хе...ёй..."

И вообще как только появляется сколько-нибудь отличный от нуля расход массы - привлекательность парусов всех сортов, и так не очень-то зашкаливающая, начинает всё более бодро и весело стремиться к нулю.

Fakir> "А теперь со всей этой хе...ёй..."
Fakir> И вообще как только появляется сколько-нибудь отличный от нуля расход массы - привлекательность парусов всех сортов, и так не очень-то зашкаливающая, начинает всё более бодро и весело стремиться к нулю.

А вот я считаю, что все неудачи "парусов" в космосе как раз связанны с отсутствием компромиссов при их проектировании: "Главное преимущество - бесплатность! Поэтому не дадим ни копейки!!"

Например, магнитный парус в виде кольцевого сверхпроводника хорош тем, что он саморазвертывается при подаче на него напряжения. Почему не использовать это для развертывания светового тонкопленочного паруса? Плазменное облако, повышая плотность среды вокруг магнита, делает "протонный" парус более эффективным (эффект "отсутствующего устройства") - но расходует массу...почему бы не объединить свойства?

Wyvern-2> Например, магнитный парус в виде кольцевого сверхпроводника хорош тем, что он саморазвертывается при подаче на него напряжения.

Ровно то же самое с электростатическим. Только проще.

Wyvern-2> Почему не использовать это для развертывания светового тонкопленочного паруса?

Электростатика даст тот же эффект проще и дешевле. Даже для плёночного светового.

Wyvern-2> Плазменное облако, повышая плотность среды вокруг магнита, делает "протонный" парус более эффективным

Неочевидно. Может не повышать эффективность вовсе. А может повышать пренебрежимо мало.


Со всеми парусами плохо то, что мала - очень мала - тяга, которая к тому же зависит от расстояния до Солнца (чем дальше, тем меньше). Кроме того, она еще и направлена в стиле "флюгер был приколочен намертво, и ветер обречённо дул в указанном направлении" - строго от Солнца.
И если для светового паруса с этим хоть как-то можно бороться, управлять вектором тяги, пусть и ценой потери в модуле - то с магнито-плазмо-электростатическими всё еще хуже (хотя и сильно протяжённым тонкоплёночным световым тоже особо-то не покрутишь). Плюс солнечный ветер - еще и "по спирали" дует, не строго радиально.

Итого получаем ну очень узконишевую весчь - способную летать только от Солнца^*, причём чем дальше - тем хуже. Плюс тяга, направленная строго или почти строго по радиусу (т.е. перпендикулярно к орбите) - не ахти как эффективна.

^* не, почти наверняка как-то можно извратиться и что-то придумать, какие-то сочетания обычной тяги, гравиманёвров и протонных парусов - баллистикам такие мозговывихивательные задачки в кайф - что-нибудь в духе сначала к Венере, там включить протонный парус, с доворотами по два раза набирать скорость и т.п. На пару-тройку диссеров потянет - но вот наличие заметного и значимого эффекта от этого цирка под вопросом.

Дело в том, что во время солнечных вспышек мощность солнечного ветра может повышаться многократно, плюс ко всему есть области в пространстве, где ветер очень сильно сжимается, и просто ураганный, вот там достаточно и небольших парусов, но парусов энергетических, а не импульсно-отражательных.
Как следствие проект может иметь весьма большую перспективу.

Fakir> ^* не, почти наверняка как-то можно извратиться и что-то придумать, какие-то сочетания обычной тяги, гравиманёвров и протонных парусов - баллистикам такие мозговывихивательные задачки в кайф - что-нибудь в духе сначала к Венере, там включить протонный парус, с доворотами по два раза набирать скорость и т.п. На пару-тройку диссеров потянет - но вот наличие заметного и значимого эффекта от этого цирка под вопросом.

Да, ну. MESSENGER сделал ШЕСТЬ гравиманевров Земля-Венера-Земля-Венера-Меркурий-Меркурий. Правда с сбросом орбитальной скорости, но это не принципиально... Принципиально то, что его маршрут рассчитывала не НАСА, а вот эта частная компания

Wyvern-2> Да, ну. MESSENGER сделал ШЕСТЬ гравиманевров Земля-Венера-Земля-Венера-Меркурий-Меркурий. Правда с сбросом орбитальной скорости, но это не принципиально...

Ну да. Естественно возможны крайне хитрые баллистические схемы.
Вот только на их фоне эффект "паруса" - затеряется. И возникает огромадный вопрос, есть ли смысл городить и отрабатывать весьма экзотичную конструкцию для получения профита, исчисляемого в пределах десятка процентов? Не проще ли поставить простой и понятный ЭРД, и вокруг накрутить необходимое количество гравиманёвров, чем полагаться на своенравыный парус (таки солнечный ветер и по интенсивности и по направлению зависит от точки и от момента времени, так что всю баллистику еще придётся постоянно на лету корректировать)?

Wyvern-2> Принципиально то, что его маршрут рассчитывала не НАСА, а вот эта частная компания

А чо тут принципиального-то? Баллистика - чистые вычисления, никакие суперустановки не нужны, время суперкомпа, если вдруг нужно (хотя далеко не факт) элементарно и не особо дорого покупается.
Дай мне денеХ - я команду, способную на такого рода расчёт, за пять звонков соберу.

Fakir> Кстати, эту электростатику еще лет семь-восемь назад на НК обсуждали. Помнится, с Татарином тогда спорили относительно эффективной площади.
И по-прежнему думаю, что прав. Судя по всему, в НАСА со мной согласны.

Преимущества электростатики перед фотонными парусами не исчерпываются удельной тягой. Это ещё и принципиально более высокая управляемость: простой манипуляцией напряжением на парусе (частях паруса) можно менять и тягу, и момент тяги.

На НК меня тогда запинали, поэтому развивать идею там не стал. Но для практического применения нужно сразу делать следующий шаг: использовать проволоку паруса как рабочее тело для самых примитивных импульсных (искровых) ЭРД. Как раз когда нам потребуется бОльшая маневренность.

Fakir>> Кстати, эту электростатику еще лет семь-восемь назад на НК обсуждали. Помнится, с Татарином тогда спорили относительно эффективной площади.
Татарин> И по-прежнему думаю, что прав. Судя по всему, в НАСА со мной согласны.

Э? ЕМНИС как раз они - и авторы по крайней мере некоторых работ - кажется где-то даже иллюстрировали, что фактически эффективная площадь паруса - складывается из набора радиальных полос, а не представляет собой всю площадь диска.

Татарин> Преимущества электростатики перед фотонными парусами не исчерпываются удельной тягой.

Некоторые преимущества несомненно есть.
Но всё же делать упор на преимуществах по сравнению с фотонным парусом - почти как гордиться выигрышем в забеге у чемпиона Паралимпийских игр.

Татарин> Это ещё и принципиально более высокая управляемость: простой манипуляцией напряжением на парусе (частях паруса) можно менять и тягу, и момент тяги.

Тягу - однозначно (хотя манипуляция её модулем не факт что сильно важная опция). Направление... в каких-то пределах наверное можно. Скорее всего, эти пределы довольно узки. И несимметричные изменения потенциалов наверняка повлекут за собой немало трудностей.

Вообше это заставляет сильно задуматься еще и о жёсткости нитей - они должны быть достаточно жёсткими, чтобы "передавать" тягу на КА, т.к. нагружаются они с изгибным моментом. Значит должны быть жёсткими, иначе нити быстро соберутся в косу, и тяга кончится. Хватит ли одной электростатики для того, чтобы обеспечить изгибную жёсткость? А если придётся крутить - то возможность управлять вектором падает к нулю.

Татарин> Но для практического применения нужно сразу делать следующий шаг: использовать проволоку паруса как рабочее тело для самых примитивных импульсных (искровых) ЭРД.

Оно, конечно, Цандеру бы понравилось
Но значимость плюсов от этого - неочевидна. И начинает напрашиваться вопрос, не проще бы таким ЭРД и ограничиться

Fakir> Э? ЕМНИС как раз они - и авторы по крайней мере некоторых работ - кажется где-то даже иллюстрировали, что фактически эффективная площадь паруса - складывается из набора радиальных полос, а не представляет собой всю площадь диска.
У них просто диаметр диска большой, а полос мало, так что "перекрытия" нет.

Fakir> Но всё же делать упор на преимуществах по сравнению с фотонным парусом - почти как гордиться выигрышем в забеге у чемпиона Паралимпийских игр.
Это неплохой двигатель на по-настоящему большие расстояния.

Fakir> Но значимость плюсов от этого - неочевидна. И начинает напрашиваться вопрос, не проще бы таким ЭРД и ограничиться
Тут, как часто бывает, выбор между принципиально простым и практически простым решением. "Гигантская рогатка против многоступенчатой ракеты"
Ессно, чистый ЭРД концептуально проще. А вот обеспечить им сравнимые тягу и УИ, думается, будет сложнее.

Кстати давление солнечного ветра в 200 раз меньше давления солнечного света, овчинка выделки просто не стоит.

Sergeef> Кстати давление солнечного ветра в 200 раз меньше давления солнечного света, овчинка выделки просто не стоит.

Да хоть в 1000... Дело не в этом. А в отношении массы привода к тяге
Для светового паруса нужна материальная (!) отражающая поверхность - делать ее легче чем 5 грамм/м² пока не научились. Можно пофантазировать на тему пленок с массой около 1г/м² и даже 0,5г/м² - и ФСЁ Теперь делим получаемую тягу на массу вычисляя ускорение и пускаем слезу...
Электростатический парус (в предельно идеальном случае) - это ПОЛЕ, которое не весит вообще ничего. В практическом - сколь угодно тонкие проволочки, которые могут весить вообще 0,01г/м² и меньше.

Wyvern-2> Электростатический парус (в предельно идеальном случае) - это ПОЛЕ, которое не весит вообще ничего.

Как - ничего? Я что-то пропустил в современной физике? Даже если отвлечься от общей теории относительности, физике известны свободные носители зарядов, не имеющие массы покоя?


Wyvern-2> В практическом - сколь угодно тонкие проволочки, которые могут весить вообще 0,01г/м² и меньше.

Нет, не сколь угодно тонкие. Иначе электрончики с них быстро убегут в вакуум под действием своих собственных электростатических зарядов. Конечно, в межпланетной среде коронного разряда не будет, но автоэлектронная эмиссия начинается при вполне достижимых напряжённостях электрического поля. Например, простое обломанное углеволокно начинает эмитировать заряды в вакуум уже при потенциале всего в 30 вольт.

Wyvern-2>> В практическом - сколь угодно тонкие проволочки, которые могут весить вообще 0,01г/м² и меньше.
Б.г.> Нет, не сколь угодно тонкие. Иначе электрончики с них быстро убегут в вакуум под действием своих собственных электростатических зарядов.

Напомню для приличия: парус заряжается положительно...

Wyvern-2>>> В практическом - сколь угодно тонкие проволочки, которые могут весить вообще 0,01г/м² и меньше.
Б.г.>> Нет, не сколь угодно тонкие. Иначе электрончики с них быстро убегут в вакуум под действием своих собственных электростатических зарядов.
Wyvern-2> Напомню для приличия: парус заряжается положительно...
Тогда всё ещё хуже - он будет сосать электроны из межпланетного пространства, как только напряжённость поля вблизи провода превысит потребную для ионизации атомарного водорода. Это, вообще-то, убивает затею на корню. При такой длине проводов токи будут вполне себе сотни ампер.

Но даже если бы вакуум не содержал нейтрального водорода вовсе, сечение проводов не может быть сколь угодно малым. Ибо металлическая связь, обеспечивающая устойчивость кристаллической решетки, создаётся электронным газом, который авторы идеи предлагают откачать из проводников. Тогда надо посчитать кулоновские силы, которые будут работать на разрыв проводника.