Comments 19
А как вообще такой рой передаст собранные данные? Нужен супермощный излучатель со сверхточным наведением на Землю. Даже если рой составит антенную решётку - не похоже что этого хватит и сигнал не затеряется в шуме
А как вообще такой рой передаст собранные данные? Нужен супермощный излучатель со сверхточным наведением на Землю. Даже если рой составит антенную решётку - не похоже что этого хватит и сигнал не затеряется в шуме
Никак не передаст. Просто потому, что оно якобы весит граммы, но для передачи нужны мощные источники энергии, излучатели, система ориентации , електроника, которая этим всем должна управлять etc .
Хотя обсуждение вообще можно начать с того , насколько реально на таких расстояниях попасть лазером в крошечную мишень , какова должна быть мощность лазера и вспомнить, что сам лазер при этом участвует в сложном движении (если он на Земле? а где еще может быть?) ... то есть вращается вместе с Землей , которая при этом еще и вращается вокруг Солнца.
Можно запускать зонды последовательно раз в месяц-пол-года-год и оснастить их системой ретрансляции, чтобы гарантировать покрытие расстояния например двух-трёх хопов, чтобы если кто-то потеряется, то это было бы не фатально. Ну и батарея должна быть заряжаема от лазера/солнца/звезд центавра.
да никак не передаст, нет такой физики, очередные фантазии очередного старшекласника. Да и для приёма на таком расстоянии хоть чего-нибудь от искуственного аппарата, если он конечно не размером с планету, потребуется интерферометр таких размеров что можно уже и не лететь, прямо отсюда разглядывать.
"не потребуется топливо, источники энергии или какие-либо двигательные системы"
А ориентацию чем задавать? или пусть кувыркается как хочет, и из-за угла падения летит куда хочет?
Зачем разгонять нечто до скорости 1/5С, чтобы оно потом послало сигнал с собранной информацией обратно, если от ближайших звезд и так постоянно прилетает поток фотонов несущих в себе эту информацию? Не легче создать устройство принимающее этот поток. Телескоп например.
Не легче. В маленький телескоп с очень дальних объектов прилетают считанные фотоны, ничего вы не увидите, только спектры снимите. Чтобы получить фотографию Проксимы, нужен телескоп с размером зекрала в тысячи или даже десятки тысяч киллометров. Есть конечно интерферометрия, но на таких длинных базах там свои сложности, и опять же, фотонный "голод" никуда не девается.
Самым перспективным в плане реализации мне видится небольшой телескоп (зеркало 1 метр с головой) в фокусе графитационной линзы Солнца. Такой телескоп находясь в фокусе гравитационной линзы Солнцы мог бы заниматься поэтапной съемкой, продолжая лететь вдоль линии фокуса и маневрируя поперек на считанные километры для поэтопного получения изображения Проксимы. Да, снимать телескоп будет кольца Энштейна, но сущетсвуют методы реконструкции исходного изображения. Главное, что нет фотонного голода, не надо лететь до Проксимы чтобы получить многопиксельное изображение, а расчетное разерешние для всего метрового телескопа в фокусе гравитационной линзы Солнца .... Для Проксимы всего в 4 световых годах умопомрачительное - десятки метров. То есть можно было бы рассмотреть, ну например, дорожную сеть и строения в иноплатентных городах. Главная сложность пока - фокус гравитационной линзы по памяти что-то вроде 550-650 а.е., то есть дальше чем улетел Вояджер за 45 лет. Вторая проблема - очень дорого. Один объект изучения - один телескоп. Потому что, у каждой цели наблюдения само собой будет своя локация фокуса гравитационной линзы Солнца.
Представьте себе, что 10 граммов не последней по сорту материи лихо влетает в атмосферу Проксимы /b/ на четверть световой, аннигилируя всё подряд. Такой вот пiдарок от человечества - а вы что думали, в сказку попали? Знаю, вероятность сего сценария нереально низкая, но вроде бы кратно растёт с количеством участников роя. Местным аборигенам явно очень не зайдёт лишний ядерный взрыв прям над головой, и они это дерьмо запомнят.
Впрочем, какая энергия выделится в данном случае?
несколько килотонн будет, как челябинский метеорит примерно. Но за соседей можно не беспокоится, им это не угрожает, несколько встреченных частиц межзведной пыли и газа за 10-20 лет пути сделают своё дело лучшим образом
Чисто технически, кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости. т.ч. если вначале прирост скорости при постоянной попадающей мощности будет расти быстро, скоро прирост станет падать вплоть до стремления к нулю. (dE~dV^2, т.е. dv~sqrt(dE))
Если добавить рассеивание лазера на таких расстояниях и неточность прогнозных моделей для получения положения и ориентации паруса, то в какой то момент на прирост 1 м/с будут тратиться условные тысячи лет )))
Парус, он же двухсторонний?
А нельзя-ли всё так рассчитать, что бы при подлёте тот же парус начал тормозить аппарат, а дальше уже гравитацией вывести на какую то орбиту? Ну и дальше парус становится солнечной панелью и начинает питать всякие приборы: фото, видео, датчики и передатчики?
Даже если это не 20 лет займёт, а, допустим, 40 - это ж всё равно круто и очень сильно полезно будет для наблюдений чужой системы!
А какие ограничения по размерам аппарата для разгона лазером? Или ограничения только от размера паруса зависят? И чем он больше - тем больше дырок по пути получит?
Для торможения лазерного парусника предполагалось сделать его составным: в центре - круг с научным модулем, и вокруг него - широкое кольцо. При подлёте к точке назначения, кольцо предполагалось отделить от центрального круга, и сместить немного вперёд. Затем с Земли прилетает лазерный луч, который отражается от отделившегося кольца, а это кольцо фокусирует луч на круге и его тормозит.
Проект торможения ещё более фантастичен, чем разгон, поэтому в последующих проектах даже не упоминается.
Самая большая проблема лазерного ускорения - луч быстро расфокусируется, из-за чего нам нужно ускорить звездолёт за очень короткое время. А это требует такого мощного луча, что он сожжёт корабль. Тут размер корабля не имеет особого значения. Допустим, нам нужно ускорить корабль до половины скорости света. До Плутона - примерно 6 световых часов. Звездолёт на такой скорости долетит до Плутона за 12 часов. Даже если предположить, что мы можем что-то ускорить лазером на орбите Плутона - у нас очень мало времени на ускорение. И корабль при этом будет испытывать чудовищные перегрузки, которые развалят его конструкцию, особенно, если парус будет слишком тонким.
Я в своей статье описывал альтернативу лазерному паруснику, с применением отрицательной массы: Портальный звездолёт
Судя по комментариям к моей статье, люди решили, что отрицательная масса - это какая-то альтернативная физика, и пытались опровергнуть её существование. Это - не альтернативная физика. Туннельный эффект у частиц, например, требует отрицательной энергии. Просто, когда я учился, нам преподаватель говорил, что хоть такой эффект и возникает, но он, якобы, кратковременный, поэтому объясняется квантовыми флуктуациями. В своей статье я опираюсь на теорию Шкловского, что это никакой не кратковременный эффект, и отрицательной массы в космосе много. Просто она совершенно прозрачна, и не задерживается на поверхности Земли, опускаясь до её центра. Отрицательная масса чем-то похожа на гелий: в космосе его много, но на поверхности нашей планеты - чрезвычайно мало.
Затем с Земли прилетает лазерный луч
Я про то, что мы уже близко к другой звезде и она вполне способна затормозить парус[ник] собственным солнечным звёздным ветром. Понятно, что это далеко не лазер, но тем не менее. Опять-же, звёзды разные бывают, у какой-то вместо ветра будет настоящий шторм.
Математических расчётов я не делал, но здесь можно просто прикинуть.
Торможение от звезды должно начаться вблизи неё, так как в межзвёздном пространстве звёзды светят примерно симметрично со всех сторон: часть звёзд будет ускорять, часть - тормозить.
При торможении нам нужно сообщить парусу практически такую же кинетическую энергию, какую мы затратили на его ускорение. Там плюс-минус 100 км/сек особой роли не играет, по сравнению со скоростью около 150 000 км/сек, с которой летел между звёздами звездолёт. Иначе говоря, если мы можем скинуть половину скорости света парусом, то и ускориться от звезды тоже можем.
При этом возникает та же самая проблема, что и с лазером: световое излучение быстро уменьшает свою плотность с расстоянием. Давление от света падает пропорционально квадрату расстояния от звезды.
К Солнцу уже запускали зонд: Паркер (солнечный зонд) Он приблизился к Солнцу на расстояние около 8.8 радиуса Солнца, при этом световое давление его не разогнало до процентов от скорости света, зато у него возникли проблемы с перегревом.
Судя по всему, если попытаемся затормозить излучением от звезды, то корабль будет вынужден так близко к ней приблизиться, что сгорит.
Он приблизился к Солнцу на расстояние около 8.8 радиуса Солнца, при этом световое давление его не разогнало до процентов от скорости света, зато у него возникли проблемы с перегревом.
Вы угораете?
Мы спустили на воду парусник, но забыли поднять паруса и в самый лютый ветер он никуда не уплыл, но чуть не утонул...
Или Вы серьёзно сравниваете теплое с мягким?
Была бы возможность в этом проекте использовать солнечный парус - его бы использовали. Когда корабль летит к Солнцу - он как бы на него падает, и при этом разгоняется. Если не сбросить эту всё нарастающую скорость, то корабль, пролетев мимо Солнца, начнёт от него улетать вплоть до того расстояния, с которого стартовал, а может и дальше. Парус бы позволил затормозить, действуя, как своеобразный парашют. Если парус не использовали - значит он был бы не эффективен.
Ну раз так нужны цифры - сделаем упрощённый расчёт, игнорируя эффекты теории относительности. Всё равно они существенно на результат не повлияют. Нас интересует качественная оценка: где затормозит корабль, если будет тормозить с помощью паруса от солнечного излучения.
Направим ось r от звезды, причём в центре звезды r=0. Пусть звездолёт летит прямо на звезду. Соответственно, в начальный момент времени t = 0 он находится в точке r = r0, и имеет скорость dr/dt = v0 < 0. Скорость отрицательна, так как координата звездолёта уменьшается.
На звездолёт действует две силы. Это - сила тяжести F1, создаваемая гравитационным полем звезды, и сила F2, создаваемая солнечным излучением.
Пусть M - масса звезды, m - масса звездолёта, G - гравитационная постоянная, тогда:
F1 = G M m / r²
Давление солнечного излучения (в Паскалях) обозначим p. Пусть известно, что на некоем расстоянии R от центра звезды давление p(r = R) = p0. Тогда p будем вычислять по следующей формуле, так как давление обратно пропорционально квадрату расстояния:
p = p0 * R² / r²
Такая зависимость возникает из-за того, что одно и то же количество фотонов распределяется по поверхности расходящейся сферы, а площадь сферы пропорциональна квадрату радиуса сферы.
Пусть S - площадь паруса звездолёта. Тогда излучение звезды действует на звездолёт с силой:
F2 = p S = p0 * S * R² / r²
Сила тяжести F1 направлена к звезде, против оси r, поэтому в уравнение войдёт с отрицательным знаком. Световое давление действует от звезды, и F2 войдёт с положительным.
Пусть a - ускорение звездолёта, тогда:
m a = F2 - F1 = (p0 * S * R² - G M m) / r²
Разделим на m:
a = (p0 * S * R² / m - G M) / r²
Пусть h - толщина паруса, пусть ρ - плотность звездолёта. Тогда: m = ρ S h. Следовательно:
a = (p0 * R² / (ρ h) - G M) / r²
Обозначим
k = p0 * R² / (ρ h) - G M
Тогда
a = k / r²
Чтобы звездолёт тормозил, нужно чтобы a > 0. То есть k > 0. Это достигается при толщине паруса:
h < p0 * R² / ( G M ρ)
Эта формула вычисляет максимально допустимую толщину паруса. Если у звездолёта появятся дополнительные конструкции: например, рёбра жёсткости, то толщину придётся ещё уменьшить.
Давление света на идеальное зеркало на орбите Земли: p0 ≈ 9.8E-6 Па
Радиус земной орбиты (на котором измерили световое давление): R ≈ 1.5E11 м
Гравитационная постоянная: G = 6.67E-11 м³·с⁻²·кг⁻¹
Масса Солнца: M = 2E30 кг
Плотность алюминия (материал паруса): ρ = 2.7E3 кг/м³
Подставив в неравенство, получаем, что толщина паруса не должна превышать 6E-7 м, иначе говоря 0.6 микрона. Иначе никакого торможения не будет: гравитационная сила притяжения к Солнцу будет сильнее светового отталкивания.
Уже исходя из этой максимально допустимой толщины можно заподозрить, что солнечный парус идёт лесом. Эта толщина очень маленькая. Прочности у паруса никакой не будет.
Но идём дальше. Ведь наша цель выяснить, где же остановится при торможении корабль.
Перепишем нашу формулу для ускорения через производные:
d²r / dt² = k / r²
Нужно найти, при каком r скорость dr / dt = 0
Введём замену v( r ) := dr / dt тогда d²r / dt² = dv / dt = dv / dr * dr / dt = dv / dr * v
v * (dv / dr) = k / r²
Разделяем переменные:
v dv = k dr / r²
Интегрируем и подставляем начальные условия. Получаем:
v² = (v0)² + 2 k * (1 / r0 - 1 / r)
Если v = 0, то парусник остановится на расстоянии от центра звезды:
r = 2 k r0 / (2 k + (v0)² r0)
По сути дела, единственное, на что мы можем влиять - это толщина паруса. Выясним, при какой толщине парусник сможет затормозить на расстоянии R0, равном радиусу звезды.
Из предпоследней формулы:
k = (v0)² / (2 (1 / r - 1 / r0))
Ранее мы вычислили:
k = p0 * R² / (ρ h) - G M
Следовательно:
h = p0 * R² / (ρ (k + G M)) = p0 * R² / (ρ ((v0)² / (2 (1 / r - 1 / r0)) + G M))
Для r = R0:
h = p0 * R² / (ρ ((v0)² / (2 (1 / R0 - 1 / r0)) + G M))
Радиус Солнца: R0 = 7E8 м
Начальная скорость звездолёта (половина скорости света): v0 = 1.5E8 м/с
Торможение начнём с бесконечного расстояния: r0 = ∞
Подставив всё в формулу, получаем, что h = 1E-11 м, иначе говоря при толщине паруса не больше 0.01 нм силы солнечного света будет как раз достаточно, чтобы остановить звездолёт на поверхности Солнца. Правда, там будет жарковато.
Диаметры атомов начинаются с минимального значения около 0.1 нм. То есть, парус должен быть в 10 раз тоньше атома.
Была бы возможность в этом проекте использовать солнечный парус - его бы использовали.
Зачем и как использовать солнечный парус летя к Солнцу?
Иначе никакого торможения не будет: гравитационная сила притяжения к Солнцу будет сильнее светового отталкивания.
Наверное, поэтому его и не стали использовать?
Ведь наша цель выяснить, где же остановится при торможении корабль.
Вот только его не надо останавливать, а только притормозить.
Короче, придумали сами себе вопрос и успешно на него ответили. Поздравляю!
Каким боком тут полёт к другой звезде и выход на орбиту для изучения далёкой звёздной системы?
Зачем и как использовать солнечный парус летя к Солнцу?
Я же писал: корабль, летя к Солнцу - разгоняется. Если мы не затормозим, то быстро проскочим мимо солнца. Раскрыв парус, мы замедляем падение к солнцу.
Земля летит с определённой скоростью - из-за этого на Солнце не падает. Чтобы лететь к солнцу, космический корабль должен включить тягу против движения Земли. При этом его скорость по кругу падает, однако он начинает падение на Солнце, и его радиальная составляющая скорости начинает расти, вблизи Солнца достигая больших значений. Последующее торможение нужно для уменьшения радиальной составляющей скорости, чтобы не проскочить мимо Солнца, а выйти там на круговую орбиту.
Наверное, поэтому его и не стали использовать?
Да, его не стали использовать, потому что он не эффективен.
только притормозить
Для только притормозить нужен парус толщиной не более 0.6 микрона - я про это писал.
Если корабль летит с половиной скорости света - Солнечную систему он пролетит за сутки. Притормозите наполовину - пролетит за двое суток. Для нормальных исследований нужен почти полный сброс скорости. Сотня километров в секунду по сравнению со 150 000 км/сек - это почти полностью сброшенная скорость.
Здесь стоит заметить, что ускорение паруса от его площади не зависит - только от толщины. Потому что увеличивая площадь мы увеличиваем и массу паруса. В предположении, что полезная нагрузка является частью паруса.
Ради интереса построил график функции r(v) (расстояние до центра звезды, при котором скорость парусника равна v), и обнаружил интересную вещь: торможение начинается практически вплотную к звезде. Например, парусник теряет 5% своей начальной скорости (половина световой) на расстоянии около 10 радиусов звезды. Теряет 25% своей скорости на расстоянии примерно 2.3 радиуса звезды до её центра. То есть, парусник почти сквозь всю звёздную систему проносится на половине скорости света, и лишь на расстоянии нескольких радиусов звезды сила солнечного света становится достаточной, чтобы начать его заметно тормозить. И это при невозможной толщине паруса в 0.01 нм.
Научные исследования системы Проксима Центавра при помощи лазерных роёв