Хабр Курсы для всех
РЕКЛАМА
Практикум, Хекслет, SkyPro, авторские курсы — собрали всех и попросили скидки. Осталось выбрать!
Хабр доступен 24/7 благодаря поддержке друзей
Комментарии 155
"«Эвридику» строили на околотитановой орбите, так как Титан должен был служить ей стартовой площадкой. Миллионы тонн массы луны были превращены термоядерными реакторами в энергию для лазерных пусковых установок, чтобы они ударили столбами когерентного света в гигантскую корму «Эвридики» — как пороховые газы в пушечном стволе бьют в дно снаряда. Но прежде пришлось астроинженерными работами освободить луну от ее густой атмосферы, построить радиохимические предприятия и термоядерные силовые установки на континентальной плите у экватора, предварительно растопив ее горы тепловыми ударами, нанесенными со спутников одноразового употребления. Их залпы превратили огромный массив горных пород в лаву, а баллистические криобомбы помогли царящему здесь холоду сковать расплавленное докрасна море, превратить его в равнину искусственного Mare Herculaneum. На двенадцати тысячах квадратных миль его равнины вырос лес лазерных излучателей, поистине Геркулес этой экспедиции. В решающий день и час он открыл огонь, чтобы столкнуть «Эвридику» с ее стационарной орбиты. Постоянно удлиняющийся столб когерентного света бил в кормовые отражатели корабля, выводя его за пределы Солнечной системы. По мере того как разгоняющий луч ослабевал, корабль включал собственные бустеры, сбрасывая одну за другой их использованные батареи — уже за Плутоном. Только там запели его открытые в вакуум гидродвигатели."
Станислав Лем, «Фиаско», 1986 год
Станислав Лем, «Фиаско», 1986 год
Даже если не брать во внимание Лема, в лежащей у меня в шкафу книжке "Вам строить звездолеты" не то 80-какого-то, не то 1990 года издания, если верить гуглу, описывается и этот, и десяток других типов альтернативных двигателей для космических аппаратов. Когда был маленьким, я зачитывался про проекты "Хотол", "Солетта" и прочие. Так что новизна подхода действительно слегка протухла....
https://ru.wikipedia.org/wiki/Двигательная_установка_космического_аппарата#.D0.A1.D1.80.D0.B0.D0.B2.D0.BD.D0.B5.D0.BD.D0.B8.D0.B5_.D0.B4.D0.B2.D0.B8.D0.B3.D0.B0.D1.82.D0.B5.D0.BB.D1.8C.D0.BD.D1.8B.D1.85_.D1.83.D1.81.D1.82.D0.B0.D0.BD.D0.BE.D0.B2.D0.BE.D0.BA — вот здесь прекрасный сводный обзор 47 (сорока семи!) различных типов двигательных установок.
> «wafer scale spacecraft»
звездолёт-чип, например.
> парус (а он должен отражать 99.99% полученной энергии) отразит 70 Гигаватт энергии обратно в лазерный массив
Парус может быть слегка коническим или сферическим, причём он сам изогнётся под таким давлением, так что излучение будет рассеиваться в стороны.
звездолёт-чип, например.
> парус (а он должен отражать 99.99% полученной энергии) отразит 70 Гигаватт энергии обратно в лазерный массив
Парус может быть слегка коническим или сферическим, причём он сам изогнётся под таким давлением, так что излучение будет рассеиваться в стороны.
Только вот оставшиеся 0.01% испарят этот спутник гораздо раньше, чем он начнёт разгоняться. Надо отражать всё.
del
Для десятитонного аппарата размер паруса составит 2700 метров. Если это диаметр, то площадь составит 5.7E6 квадратных метра.
На них будет приходить 7E10 Вт. 99.99% отражается, так что убираем четыре нуля и получаем 7E6 Вт. Или, примерно, ~1.22 ватта на квадратный метр.
На них будет приходить 7E10 Вт. 99.99% отражается, так что убираем четыре нуля и получаем 7E6 Вт. Или, примерно, ~1.22 ватта на квадратный метр.
… на квадратный метр, который весит порядка 1 грамма.
Впрочем думаю все рассчитано — нагреется сильно, но не расплавится.
Впрочем думаю все рассчитано — нагреется сильно, но не расплавится.
а существуют ли материалы с такой отражающей способностью?
Надо отражать всё.
«Создано идеальное зеркало, – сказал Дауге, – «абсолютный отражатель». Субстанция, отражающая все виды лучистой энергии любой интенсивности и все виды элементарных частиц с энергиями до ста – ста пятидесяти миллионов электронвольт. Кроме нейтрино, кажется. Волшебная субстанция. Ее теорию разработал институт в Новосибирске. Правда, они не думали о фотонной ракете. Они исследовали возможности идеальной защиты от проникающего излучения ядерного реактора. Но Краюхин сразу понял, в чем дело. – Дауге усмехнулся. – Краюхин – фанатик фотонной ракеты. Это ему принадлежит знаменитый афоризм: «Фотонная ракета – покоренная Вселенная». Краюхин моментально вцепился в «абсолютный отражатель», посадил за его разработку две трети лабораторий комитета, и вот – «Хиус»!»
если парус (а он должен отражать 99.99% полученной энергии) отразит 70 Гигаватт энергии обратно в лазерный массив, то последнему не поздоровится
А что если с Земли повторно отразить луч (отраженный парусом) на парус? Можно ли зациклить данный процесс? Будет ли от него польза?
Теоретически это было бы замечательно, но по уровню сложности под стать всему остальному в этом проекте, если не сложнее. Слишком высокие требования к форме поверхности паруса, а он у нас — плёночный.
Гораздо интереснее, если научиться модулировать отражение от паруса, тогда был бы «бесплатный» передатчик информации на Землю
Лазеры так и работают.
Конечно, будет польза, если получится. При каждом отражении от паруса он получает почти такой же импульс, т.е. ускоряется гораздо быстрее. Но с набором скорости излучение, бегающее туда-сюда, будет остывать из-за эффекта Доплера
А как тормозить? Ждать что с другой стороны тоже посветят?
Где посветят — там и затормозить. Заодно решим проблему с поиском цивилизаций.
Тормозить с помощью магнитного парашюта Зубрина:
https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_sail#Interstellar_travel
https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_sail#Interstellar_travel
Есть вариант — на корабле будет дополнительное зеркало, которое надо отстегнуть при подлёте к цели и светить на него с земли. Тогда можно поймать отражённый свет и им тормозить аппарат. Правда для межзвёздных экспедиций это слишком фантастично.
Остаётся пролётная миссия, что для исследования всё равно будет огромным шагом.
Остаётся пролётная миссия, что для исследования всё равно будет огромным шагом.
Хм. Чисто гипотетически, если в будущем марс будет освоен, то действительно на нем можно поставить вторую установку и между двумя установками гонять грузы туда-сюда. Вполне ж рабочий вариант.
Хм… Даже оставив в стороне вопрос о 70-гигаваттном лазерном комплексе (даже лучшие образцы требуют приблизительно такое же количество энергии рассеивать в виде тепла), прикинем количество энергии, поглощаемой спутником. При заявленных 99,99% отражения поглощаться будет 0,01% — это 700 киловатт. Для 1 г спутника это будет означать, что за время ускорения (186 секунд согласно табличке) он поглотит 130 МДж или 31 кг в тротиловом эквиваленте. Те, кто это предлагают, всерьёз считают, что спутник выживет?
У Лема в Фиаско — такой разгонный комплекс промял кору спутника, на котором его установили
Хмм… у меня по закону Стефана-Больцмана получилось, что если противоположная сторона паруса будет чёрной, равновесная температура устаканится на отметке 1760 градусов по Цельсию. Вроде вполне реально для современных материалов.
Хотя, с другой стороны, при такой температуре они вряд ли смогут отражать 99.99% .
Хотя, с другой стороны, при такой температуре они вряд ли смогут отражать 99.99% .
Диаграмма зависимости времени полета от массы — это банальная формула, которая никак не учитывает подобные факторы.
Разумеется, никто не сможет запустить таким образом спутники, пока коэфициент поглощения не снизят до приемлемого уровня.
Кстати, вполне может быть, что для лазерного излучения можно составить соответствующий материал, отражающий 100% для заданной длины волны.
Разумеется, никто не сможет запустить таким образом спутники, пока коэфициент поглощения не снизят до приемлемого уровня.
Кстати, вполне может быть, что для лазерного излучения можно составить соответствующий материал, отражающий 100% для заданной длины волны.
Я в своем тексте немного не точно выразился. Парус должен отражать 99.99% светового потока для того, чтобы корабль двигался с заявленными характеристиками (ну или близко к ним). При этом, Любин пишет, что сейчас существуют "multi layer dielectric films on metalized glass substrate", которые отражают 99.999%. Это на порядок снижает количество поглощенной энергии.
В продолжение рубрики "Разоблачаем шарлатанов при помощи учебника физики и калькулятора":
Как несложно посчитать, для этого выходное окно каждого из лазеров должно быть порядка 10 км в диаметре. Мечтать не вредно.
на расстоянии в 1 световой год диаметр светового пятна составит 2*106 метров (2 000 км)
Как несложно посчитать, для этого выходное окно каждого из лазеров должно быть порядка 10 км в диаметре. Мечтать не вредно.
Именно такой размер предлагается для DE-STAR 4
Еще раз: выходное окно каждого из лазеров, а не сборки. Дифракции глубоко плевать на количество лазеров и размеры воображения шарлатанов вот этой вот ерунды, про которую статья.
Они же предполагаются когерентными между собой, поэтому здесь нет принципиальной проблемы — только технологические.
Возможно, есть и принципиальные
Врятили специалист НАСА по лазерам не разбирается в оптике. Скорее, он просто знает как соединить эти лазеры(когерентные) в одно окно. Правда, пока такое не делали — делают в проекте лазерного термоядерного синтеза.
С чего бы? Расходимость пучка определяется шириной перетяжки. Когерентность лазеров ничего не меняет: два луча в вакууме друг на друга не влияют.
Ну как же не влияют? Интерференция, все дела.
Хм. Насколько я понимаю, это получается что-то типа активной антенной решетки. Правда, у нее все равно есть излучение на больших углах (то что VIK52 назвал бы боковыми лепестками), хотя оно и мало.
Меня смутило направление переноса энергии. Типа если мы возьмем две лазерных указки и скрестим их, то в месте пересечения можно увидеть интерференцию. Но дальше каждый луч полетит в свою сторону (а куда же еще?) и расходимость, естественно, не изменится.
Но если излучатели рядом, а расходимость большая, то ситуация, похоже, и правда меняется.
Меня смутило направление переноса энергии. Типа если мы возьмем две лазерных указки и скрестим их, то в месте пересечения можно увидеть интерференцию. Но дальше каждый луч полетит в свою сторону (а куда же еще?) и расходимость, естественно, не изменится.
Но если излучатели рядом, а расходимость большая, то ситуация, похоже, и правда меняется.
На таких больших расстояниях и большом количестве фазированных лазеров будет что-то вроде спекл-структуры, только регулярной, зависящей от геометрии расположения излучателей. А в немногих точках этой структуры будет очень большая интенсивность
Хм. Когда я смотрю на пятно лазерного излучения (от обычного маломощного красного лазера типа используемых в лазерных указках) оно почему-то выглядит очень похожим на картинку по ссылке в миниатюре. Т.е. не просто маленькое яркое пятно света, а какая-то искрящаяся картина со значительными перепадами интенсивности причем динамически меняющимися.
От одиночного лазера она тоже должна образоваться? Или в этом случае это какой-то другой эффект?
От одиночного лазера она тоже должна образоваться? Или в этом случае это какой-то другой эффект?
Это тоже спекл-структура, только образованная в глазу отраженными от шероховатой поверхности когерентными лучами (от одного ведь источника). Кстати, исследуя это так называемое когерентное изображение, можно получить много информации о самой поверхности и размерах этой шероховатости. Если неоднородности поверхности будут иметь регулярную структуру, получим что-то вроде двухмерной дифракционной решетки.
А АФАРы тоже создают спеклы в ралиодиапазоне ?
и это при том что вы им ещё в 10 раз скостили) т.к. 0,01% от 70ГВт это 7Мвт
Интересно, с чем связано требование синхронности фаз разных лазеров, никто не в курсе?
Надо полагать для конструктивной интерференции.
С неграмотностью авторов оно связано. Направлению распространения луча (и запасенной в нем энергии) интерференция по барабану.
Иначе он будет монохроматическим, но уже не когерентным :)
Это необходимо, чтобы их можно было свести в пятно, площадь которого меньше площади платформы, с которой их излучают. Недавно была хорошая статья в блоге What if? объясняющая этот эффект. Вот её перевод.
Случайно ли то, что DE-STAR созвучно Death Star и работает по схожему принципу?
Опечатка в таблице. Столбец 3, строка 100 кг. Там не пятая степень, а шестая.
Подскажите, может я не прав… Но верно ли я мыслю, что чем быстрее будет двигаться «мишень», тем медленнее она будет ускоряться? Т.е. до гипотетических, допустим там, 10 000км\сек разгоним, может даже до 20 000 км\сек, а чем дальше, тем медленнее, и с какого-то момента разгонять будет уже просто невыгодно — вкачивая тысячи гигаватт в лазеры мы будем получать прирост в считанные километры в секунду, верно?
p.s. момент с торможением кстати остается открытым, атмосферное торможение и гравиманевры не панацея, особенно для маленьких космических аппаратов.
p.s. момент с торможением кстати остается открытым, атмосферное торможение и гравиманевры не панацея, особенно для маленьких космических аппаратов.
Магнитный парашют Зубрина решает проблему торможения лазерного парусника (выше уже писала, но повторилась, что бы Вы уведомление получили):
https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_sail#Interstellar_travel
https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_sail#Interstellar_travel
В системе отчёта Земли действительно не выгодно разгонять слишком быстро — мы всё равно не получим ответ раньше, чем дошёл бы со скоростью света.
В каких-то случаях это могло бы быть, наверное, выгодно — что бы на часах зонда прошло меньше времени — например, если везём что-то скоропортящееся, но что-то мне подсказывает, что есть более дешёвые способы :)
В конце концов, главное, что нас интересует, это получить данные со звёзд as fast as it possible именно на Земле.
В каких-то случаях это могло бы быть, наверное, выгодно — что бы на часах зонда прошло меньше времени — например, если везём что-то скоропортящееся, но что-то мне подсказывает, что есть более дешёвые способы :)
В конце концов, главное, что нас интересует, это получить данные со звёзд as fast as it possible именно на Земле.
Я чуть ниже попробовал объяснить, почему так.
Мне кажется, что дело здесь не столько в скорости, сколько в расстоянии. Чем дальше светит лазер — тем шире получившиеся пятно и меньше плотность энергии. Соответственно — на каком-то расстоянии, пучок луча станет больше размеров паруса и часть энергии будет уходить в никуда.
Второй закон Ньютона подсказывает, что ускорение тела зависит только от приложенной силы и массы этого самого тела, и не зависит от его текущей скорости
А теория относительности говорит что при увеличении скорости будет увеличиваться масса тела.
Мы силу не знаем. Вот лучше e=mv^2/2. Одна и та же переданная энергия дась меньший прирост в сокрости, на больших скоростях.
Второй закон Ньютона не работает в релятивистском мире, так как не рассматривает время. Я, к сожалению, не очень понимаю, как реализуют себя законы Вселенной в ускоренных СО околосветовых скоростей, но попробую пояснить то, что смог осознать. В теории относительности мы смотрим на ускоренную СО ракеты. Со стороны Вселенной мы наблюдаем постоянное замедление бортового времени по мере приближения ракеты к с. Таким образом в системе отсчёта ракеты имеющееся постоянное ускорение со стороны системы отсчёта Вселенной постоянно замедляется про мере приближения ракеты к с. Извините, что так путано, но эти моменты по-настоящему ясны в формулах, а я с формулами не в ладах.=)
Так я рассматривал разгон сферического коня в вакууме идеальным лазером без затухания на низких скоростях(ну, допустим, порядка десятков км/сек). Формула кинетической энергии и без привлечения ОТО предполагает, что на разгон быстрого тела придется потратить больше энергии, чем на разгон медленного, с этим я согласен. Просто у меня шаблон сломался из-за того, что в идеальных условиях сила, действующая на спутник со стороны лазера, должна быть постоянна(мы ведь принимаем мощность лазера за постоянную, верно?), следовательно, спутник должен двигаться равноускорено. Но, если принять во внимание замечание о кинетический энергии, то каждый последующий м/с скорости спутника будет требовать больших затрат энергии, и при постоянной мощности лазера, мы получаем уменьшающееся ускорение.
ЧЯДНТ? Сегодня полдня ломал голову, на ум приходит только одно — даже в рамках классической физики сила, воздействующая на спутник, должна уменьшаться. Даже при нулевом затухании излучения и прочих допущениях. А замечание о эффекте Доплера, высказанное schetilin, думаю, малых скоростей не касается — ведь рассматриваемые уравнения справедливы и для ракет, к примеру
ЧЯДНТ? Сегодня полдня ломал голову, на ум приходит только одно — даже в рамках классической физики сила, воздействующая на спутник, должна уменьшаться. Даже при нулевом затухании излучения и прочих допущениях. А замечание о эффекте Доплера, высказанное schetilin, думаю, малых скоростей не касается — ведь рассматриваемые уравнения справедливы и для ракет, к примеру
Допуская такое количество допущений, можно допуститься до того, что модель окажется невозможной к реализации во Вселенной в принципе.=) Ну да ладно, попробую добавить свои пять копеек. Вообще говоря, десятки км\сек — это большая скорость, вполне пригодная для привлечения эффектов СТО. Но даже без них можно видеть, что законы Ньютона не учитывают ещё одну вещь — эквивалент массы и энергии. То есть механика движения КА в нашем случае со всеми допущениями будет представлять собой разгон всё более тяжёлого аппарата, так как его общая энергия складывается из потенциальной и кинетической (плюс его собственная масса, но её мы полагаем неизменной). Замыленным взглядом ошибок в своих рассуждениях не вижу, возможно, позже и найду какой-нибудь изъян.
ЧТо делаете не так — вы видимо подсознательно(и полностью неправильно) предположили что у нас вся энергия луча попавшего на аппарат преобразуется в его кинетическую энергию. Тогда из классическом механики (где энергия пропорциональна квадрату скорости) и постоянства мощности луча следует что ускорение должно постоянно снижаться.
Но это не так — в классической физике (если не учитывать пока эффекты ОТО) постоянной будет не передаваемая лучом мощность, а передаваемый импульс излучения и создаваемая отражаемым лучом сила. Ускорение соответственно будет постоянным(если в процессе не меняется масса аппарата). А вот количество энергии луча преобразующейся в кинетическую энергию будет постоянно увеличиваться пропорционально уже достигнутой скорости.
Противоречие тут мнимое — просто на малых скоростях только ничтожная доля % энергии луча преобразуется в кинетическую энергию аппарата, а вся остальная энергия либо отражается назад, либо поглощается и просто нагревает аппарат а не разгоняет его. И с ростом скорости будет просто расти доля энергии переходящей в кинетическую и соответственна абсолютная энергия/мощность передаваемая аппарату. При остающейся неизменной мощности самих лазеров оставшихся на орбите Земли.
Но это не так — в классической физике (если не учитывать пока эффекты ОТО) постоянной будет не передаваемая лучом мощность, а передаваемый импульс излучения и создаваемая отражаемым лучом сила. Ускорение соответственно будет постоянным(если в процессе не меняется масса аппарата). А вот количество энергии луча преобразующейся в кинетическую энергию будет постоянно увеличиваться пропорционально уже достигнутой скорости.
Противоречие тут мнимое — просто на малых скоростях только ничтожная доля % энергии луча преобразуется в кинетическую энергию аппарата, а вся остальная энергия либо отражается назад, либо поглощается и просто нагревает аппарат а не разгоняет его. И с ростом скорости будет просто расти доля энергии переходящей в кинетическую и соответственна абсолютная энергия/мощность передаваемая аппарату. При остающейся неизменной мощности самих лазеров оставшихся на орбите Земли.
в классической физике (если не учитывать пока эффекты ОТО) постоянной будет не передаваемая лучом мощность, а передаваемый импульс излучения и создаваемая отражаемым лучом сила
Это не так. На самом деле, передаваемый импульс зависит от скорости облучаемого объекта, поскольку из-за эффекта Доплера импульс отражённого фотона не равен импульсу падающего. Кроме того, из-за эффекта запаздывания импульс, передаваемый в единицу времени, будет тоже изменяться.
Выше человек просил пояснить почему у него не сходится даже без учета теории относительности и других поправок типа эффекта Доплера. Так то да, будет целый ряд поправок из-за которых реальное ускорение будет немножко снижаться по мере роста скорости.
Но для приведенных в качестве примера скоростей (всего порядка десятков км/с) это микроскопические поправки на фоне вывода о линейном снижении ускорения по мере роста скорости следующего из неверного предположения о неизменном приросте кинетической энергии.
Но для приведенных в качестве примера скоростей (всего порядка десятков км/с) это микроскопические поправки на фоне вывода о линейном снижении ускорения по мере роста скорости следующего из неверного предположения о неизменном приросте кинетической энергии.
Вы абсолютно правы.
Есть несколько причин для понижения ускорения.
Для начала стоит вспомнить про эффект Доплера. Если смотреть с аппарата, удаляющегося от нашего массива лазеров с некоторой скоростью, то длина волны (принимаемого) лазерного излучения будет тем больше, чем больше скорость удаления. Поэтому пленочные отражатели, рассчитанные на одну длину волны уже не панацея. Хотя эту проблему можно решить подобрав профиль нарастания мощности излучения. При нагревании пленки, её толщина увеличивается, и, соответственно, увеличивается длина волны полностью отражаемого света.
Дальше начинаются более фундаментальные проблемы, которые так просто не решить. Отражение удобнее рассматривать в системе отсчета (СО) нашего аппарата. В этой системе отсчета длина волны лазеров больше, чем в земной — в том числе и для отраженного света. Если мы теперь снова вернемся в СО Земли, то движущийся аппарат для нас является удаляющимся источником излучения. Т.е. длина волны (все за счет того же эффекта Доплера) уменьшится еще больше. При этом аппарат получил импульс, равны разнице импульса прилетевших и отраженных фотонов: Δp=h/λ1+h/λ2 (плюс потому, что импульс — вектор, и его направление в процессе отражения изменилось на противоположное). Чем быстрее движется аппарат, тем больше λ2, и меньший импульс получит аппарат.
Ну и третья причина уменьшения ускорения. Для простоты предположим, что лазер выдает порцию фотонов раз в две секунды, а аппарат движется со скоростью в половину от световой. Тогда за время между импульсами аппарат пролетит 1 световую секунду. Т.е. каждой следующей порции фотонов придется догонять аппарат «лишнюю» секунду. Это значит, что аппарат будет получит следующую порцию не через 2 секунды, после предыдущей, а через три. Конечно, в итоге он получит их все, но в течении большего времени, чем если бы покоился. Поэтому величина ускорения (средняя) окажется меньшей. Но этот эффект не уменьшит его эффективность.
Есть несколько причин для понижения ускорения.
Для начала стоит вспомнить про эффект Доплера. Если смотреть с аппарата, удаляющегося от нашего массива лазеров с некоторой скоростью, то длина волны (принимаемого) лазерного излучения будет тем больше, чем больше скорость удаления. Поэтому пленочные отражатели, рассчитанные на одну длину волны уже не панацея. Хотя эту проблему можно решить подобрав профиль нарастания мощности излучения. При нагревании пленки, её толщина увеличивается, и, соответственно, увеличивается длина волны полностью отражаемого света.
Дальше начинаются более фундаментальные проблемы, которые так просто не решить. Отражение удобнее рассматривать в системе отсчета (СО) нашего аппарата. В этой системе отсчета длина волны лазеров больше, чем в земной — в том числе и для отраженного света. Если мы теперь снова вернемся в СО Земли, то движущийся аппарат для нас является удаляющимся источником излучения. Т.е. длина волны (все за счет того же эффекта Доплера) уменьшится еще больше. При этом аппарат получил импульс, равны разнице импульса прилетевших и отраженных фотонов: Δp=h/λ1+h/λ2 (плюс потому, что импульс — вектор, и его направление в процессе отражения изменилось на противоположное). Чем быстрее движется аппарат, тем больше λ2, и меньший импульс получит аппарат.
Ну и третья причина уменьшения ускорения. Для простоты предположим, что лазер выдает порцию фотонов раз в две секунды, а аппарат движется со скоростью в половину от световой. Тогда за время между импульсами аппарат пролетит 1 световую секунду. Т.е. каждой следующей порции фотонов придется догонять аппарат «лишнюю» секунду. Это значит, что аппарат будет получит следующую порцию не через 2 секунды, после предыдущей, а через три. Конечно, в итоге он получит их все, но в течении большего времени, чем если бы покоился. Поэтому величина ускорения (средняя) окажется меньшей. Но этот эффект не уменьшит его эффективность.
> пленочные отражатели, рассчитанные на одну длину волны
Так они не на одну длину волны, они на интервал длин волн. Если мы разгонимся до такой скорости что длина толкающей волны уменьшится двукратно, то у нас будут и более серьёзные проблемы: космические тела, в т. ч. пыль.
Так они не на одну длину волны, они на интервал длин волн. Если мы разгонимся до такой скорости что длина толкающей волны уменьшится двукратно, то у нас будут и более серьёзные проблемы: космические тела, в т. ч. пыль.
Спасибо за уточнение. Поленился оценку проделать, а оказалось, что все не так плохо именно по этому пункту.
Вы правы, свет эффективно отражается в некотором интервале длин волн. Но по мере удаления от центра интервала, эффективность отражения будет падать. Учитывая, что речь идет о поглощении не более сотой процента — целевой интервал будет довольно узким. Что-то около 1% от длины волны.
Если я нигде не ошибся, это позволяет разгоняться "всего лишь" до 5% от скорости света — примерно 15000 км/с. Тем не менее до половины скорости света так не разогнаться.
Таким образом, эта проблема не очень существенна — такие скорости гравитационными маневрами не достигаются даже близко.
То же можно сказать и про два других приведенных мной механизма уменьшения ускорения. Все вместе уменьшит величину (но не эффективность) ускорения не более чем на 10%. Но только если мы собираемся оставаться в рамках 5% от скорости света
Вы правы, свет эффективно отражается в некотором интервале длин волн. Но по мере удаления от центра интервала, эффективность отражения будет падать. Учитывая, что речь идет о поглощении не более сотой процента — целевой интервал будет довольно узким. Что-то около 1% от длины волны.
Если я нигде не ошибся, это позволяет разгоняться "всего лишь" до 5% от скорости света — примерно 15000 км/с. Тем не менее до половины скорости света так не разогнаться.
Таким образом, эта проблема не очень существенна — такие скорости гравитационными маневрами не достигаются даже близко.
То же можно сказать и про два других приведенных мной механизма уменьшения ускорения. Все вместе уменьшит величину (но не эффективность) ускорения не более чем на 10%. Но только если мы собираемся оставаться в рамках 5% от скорости света
Т.е. у человечества появится возможность смотреть в реальном времени видео трансляцию из соседней звездной системыАга, в случае с Проксимой Центавра — в реальном времени с задержкой в четыре года ;-)
Отразит назад 70 ГВт, остается их только принять и переработать для повторного использования… Так что тут тоже сплошной профит!
Какой-то вечный двигатель получается…
Не получается. Если в теории взять 2 идеальных зеркала, поместить их в космосе и запустить между ними луч лазера отражающийся туда-сюда по кругу, то эти зеркала начнут разгоняться и полетят в разные стороны. И чем дольше мы сможем поддерживать это циклическое отражение тем сильнее они будут разгоняться, причем без дополнительных затрат энергии.
Нарушения законов сохранения (имульса и энергии) и вечных двигателей в этом нет. Т.к. суммарный импульс такой системы из 2х объектов остается равным нулю.
Вариант с преобразованием (вместо отражения) это частный случай. Который в прочем не имеет практического смысла — если технология позволяет такой луч поймать обратно, то намного эффективнее будет не преобразовывать его и использовать эту энергию, а просто отразить обратно на разгоняемый корабль еще раз. В результате корабль будет дополнительно разгоняться еще больше, ну а разгонная станция начнет двигаться в обратную сторону, правда намного медленеее ввиду на порядки большей массы.
Нарушения законов сохранения (имульса и энергии) и вечных двигателей в этом нет. Т.к. суммарный импульс такой системы из 2х объектов остается равным нулю.
Вариант с преобразованием (вместо отражения) это частный случай. Который в прочем не имеет практического смысла — если технология позволяет такой луч поймать обратно, то намного эффективнее будет не преобразовывать его и использовать эту энергию, а просто отразить обратно на разгоняемый корабль еще раз. В результате корабль будет дополнительно разгоняться еще больше, ну а разгонная станция начнет двигаться в обратную сторону, правда намного медленеее ввиду на порядки большей массы.
Возможность подобного проекта в моем детстве (198x) обсуждалась, если мне память не изменяет, в "Технике молодежи". Правда лазер был монолитный и с накачкой солнечным светом. Разместить его планировалось ниже орбиты Меркурия.
Не нашлись бы умники, готовые направить такой массив на Землю)
Ох, этот «перепост»…
А в чём, простите, у вас ускорение измеряется?
Если парус отражает 99.99% от 70 гигаватт, значит он поглощает 7 мегаватт, и 1 грамм его массы разогревается со скоростью порядка миллиона градусов в секунду.
Вопрос: какую долю от расчётных 186 секунд он просуществует?
Вопрос: какую долю от расчётных 186 секунд он просуществует?
хм, если лазеры используют солнечную энергию, космос без 5 минут почти вакуум, корабль может отражать 99% для получения кинетики, то не вижу «подводных камней»… В чем подвох?
Как они собираются бороться с нагревом спутника под воздействием этих лазеров?
Это будет больше похоже на обстрел Марса раскаленными кусками металла или они сделают установку массивнее(добавят слой который будет постепенно испаряться, но сбережет от этой участи основную часть конструкции)
Это будет больше похоже на обстрел Марса раскаленными кусками металла или они сделают установку массивнее(добавят слой который будет постепенно испаряться, но сбережет от этой участи основную часть конструкции)
Спасибо за анализ! Добавлю свои пять копеек к остальным комментариям.
>Аналогичным образом, рассчитано, что находясь вблизи Проксимы Центавра данная система передачи данных обеспечит скорость около 70 Мбит/с. Т.е. у человечества появится возможность смотреть в реальном времени видео трансляцию из соседней звездной системы.
Боюсь, что одно утверждение из другого не следует. Да, потоковое видео будет возможно. Но задержку сигнала никто не отменял. Надо же как-то этим 40 фотонам на один бит успеть долететь от Проксимы Центавра до Земли. Так что ни о каком реалтайме, кмк, пока речи и быть не может.
>Аналогичным образом, рассчитано, что находясь вблизи Проксимы Центавра данная система передачи данных обеспечит скорость около 70 Мбит/с. Т.е. у человечества появится возможность смотреть в реальном времени видео трансляцию из соседней звездной системы.
Боюсь, что одно утверждение из другого не следует. Да, потоковое видео будет возможно. Но задержку сигнала никто не отменял. Надо же как-то этим 40 фотонам на один бит успеть долететь от Проксимы Центавра до Земли. Так что ни о каком реалтайме, кмк, пока речи и быть не может.
Очень прискорбно, что не создана какая-то целая группа, где бы совместно занимались разработкой и доработкой технологий для колонизации иных космических тел и всё было бы в открытом виде. От этого, вдумайтесь, зависит судьба всего человечества. Все бы разработки, различная информация были бы доступны каждому. Но, к сожалению, подобные схемы действуют и в других технологиях, а патенты их ограничивают. Или подобное уже создано? Тогда поправьте меня, я бы обрадовался да может и помог чем-то в моих силах.
Но задумка интересная, и далеко заглядывает. Только уж, не думаю, как сказал бы Капитан Очевидность, что она возможна без существенного прогресса в термоядерном синтезе и нанотехнологий(различные материалы для таких лазеров и так далее). Но уж если такое будет, то хочется, дабы эти технологии не взяли на вооружение военные и может бы, да когда-то какой-то ИИ отправился бы в далекую галактику, где помогал бы обрести путь таким же маленьким и, «глупеньким» цивилизациям.
Но задумка интересная, и далеко заглядывает. Только уж, не думаю, как сказал бы Капитан Очевидность, что она возможна без существенного прогресса в термоядерном синтезе и нанотехнологий(различные материалы для таких лазеров и так далее). Но уж если такое будет, то хочется, дабы эти технологии не взяли на вооружение военные и может бы, да когда-то какой-то ИИ отправился бы в далекую галактику, где помогал бы обрести путь таким же маленьким и, «глупеньким» цивилизациям.
Расскажите, пожалуйста, непосвященному, как можно использовать энергию импульса фотонов, если его масса равняется нулю?
Нулю равняется масса покоя, масса движущегося фотона hv/c^2
Нет никакой массы покоя или движения, это категорически неправильный термин, непонятно каким образом закрепившийся в поп-науке.
http://ufn.ru/ufn89/ufn89_7/Russian/r897f.pdf
http://ufn.ru/ufn89/ufn89_7/Russian/r897f.pdf
у фотона тем не менее есть импульс и даже как-то высчитывается через E=mc^2
И немного викивойнов
И немного викивойнов
Импульс фотона был обнаружен экспериментально[36][37] Артуром Комптоном, за эту работу он получил Нобелевскую премию по физике в 1927 году. Однако вопрос согласования волновой теории Максвелла с экспериментальным обоснованием дискретной природы света оставался открытым.
Это фотон еще обладает вполне объяснимыми характеристиками. А если взять более необычные частицы (типа глюонов, которые как и фотоны являются бозонами), то их свойства становятся еще более далеки от нашей обыденной "реальности" :)
Аналогичным образом, рассчитано, что находясь вблизи Проксимы Центавра данная система передачи данных обеспечит скорость около 70 Мбит/с. Т.е. у человечества появится возможность смотреть в реальном времени видео трансляцию из соседней звездной системы.
Все-таки говорить "в реальном времени" — как-то неправильно.
Сигналу от Проксимы Центавры предстоит пройти расстояние, равное около 4.22 световых лет, которое в идеальных условиях он пройдет за 133173072 секунд или ~1541 суток. Конечно, если 4 с лишним года можно считать допустимой задержкой — нет проблем, систему можно назвать системой реального времени. Но как это… не по Земному что-ли :)
Ну не в реальном времени. Имелось в виду просто потоковое видео, конечно
А вообще, затронутая тема довольно интересная. Получается, если мы отправим, например, экспедицию в другую солнечную систему, то связь с ней даже с натяжкой не назовешь оперативной. Предполагается ли как-нибудь решать этот вопрос? (хотя, конечно, наверное, в текущей технике его решить нереально).
Думаю, что так же, как решали во времена великих географических открытий.
Есть проекты связи, основанной на квантовой запутанности. Но квантово-запутанные частицы нужно разделить до полета, грубо говоря полетит половина частиц, а вторая останется на Земле. Когда все частицы на связь потратятся — нужно заново их доставлять.
Пока есть успехи в этой области у голландской комманды, они организовывали связь на расстоянии нескольких метров.
Пока есть успехи в этой области у голландской комманды, они организовывали связь на расстоянии нескольких метров.
Да, и в теории можно перенести состояние третьей частицы на одну из пары запутанных, телепортировав это состояние на другую частицу пары. Но это всё пока сильно теоретическая физика, насколько я понимаю вопрос.
Да нет, уже почти 20 лет как практическая.
Был ещё starwisp Роберта Говарда, только там планировалось разгонять микроволнами, и аппетиты у Говарда были поменьше — 10 ГВт. Правда, позже он рассматривал ещё лазерно-разгоняемый обитаемый космический корабль, и там уже оценка необходимой мощности доходила до 43 петаватт.
Ну, и ещё проекты, в которых лазерный луч испаряет вещество корабля или разогревает вещество окружающей среды. Вот видео испытания прототипа лазерно-взрывного аппарата, использующего в качестве рабочего тела атмосферный воздух: http://www.youtube.com/watch?v=5_9ac-w4DW8
Ну, и ещё проекты, в которых лазерный луч испаряет вещество корабля или разогревает вещество окружающей среды. Вот видео испытания прототипа лазерно-взрывного аппарата, использующего в качестве рабочего тела атмосферный воздух: http://www.youtube.com/watch?v=5_9ac-w4DW8
Сколько он мусора соберет на такой скорости? Если пленка достаточно тонкая, даже единичные атомы материи могут его повредить, и долетит решето вместо паруса.
Извините, а что случится с атмосферой земли?
Предполагается размещать лазер за пределами атмосферы
Я думаю ни что не помешает военным развернуть лазеры к Земле и поверить что будет.
Забавно даже то, что исследование в этой области пока что начинается, вроде как, не с военной темы. Обычно в науке техники так или иначе все разработки имеют определенные милитаризованные корни =)
Можно растопить оледеневшую взлетную полосу, разогнать туман, справиться с оледенением падающего самолета, подсветить зону стихийного бедствия ночью. Можно много применений найти. А разрушать можно и оружием 60х годов не менее эффективно.
Причем предлагается размещать квадратный массив лазеров и солнечных панелей со стороной в 10км
Не очень понял новаторство данной работы. Вот в принципе классическая работа по лазерным парусам: www.lunarsail.com/LightSail/rit-1.pdf Roundtrip Interstellar Travel Using Laser-Pushed Lightsails за авторством Роберта Форварда от 1984 года (на английском). В ней так же рассматриваются варианты межзвёздных КА, способных тормозить, используя разгонные лазерные батареи Солнечной системы. Может быть, кто-то подскажет принципиальное отличие работы Форварда от работы Любина? Или тут весь смысл в том, что Любин получил грант НАСА на исследования?
wafer scale spacecraft — микроэлектронные космические аппараты
Напомнило Ларри Нивен. — Четвертая профессия.
— Устройство размером с локомотив крепится к… к главной опорной консоли, — кажется, это так называется. Нацелено оно строго за корму, но может быть повернуто примерно на шестнадцать градусов в любом направлении. Его включают после того, как корабль взял старт и лег на курс. Судовой математик вычисляет требуемую интенсивность. Установка работает что-нибудь около года и к тому моменту, когда звезда взрывается, корабль уже успевает уйти достаточно далеко, чтобы использовать толчок, но не сгореть.
— Но как действует это устройство?
— Капитан нажимает кнопку, и все. Энергия поступает от той же силовой установки, которая питает маневровые двигатели… А, вас интересует, что именно вызывает взрыв звезды? Это мне неизвестно. Да и зачем мне знать?
— Размером с локомотив. Вызывает взрыв звезды… — В голосе Морриса прорезались истеричные нотки. Бедняга, он начинал мне верить. Я-то сам почти не испытывал шока, потому, что на самом деле усвоил эту информацию еще вчера вечером.
— Когда мы впервые засекли световой парус, — сказал Моррис, — он шел к нам от недавно вспыхнувшей сверхновой в созвездии Стрельца. Она случайно не была рынком, не оправдавшим надежд?
— Устройство размером с локомотив крепится к… к главной опорной консоли, — кажется, это так называется. Нацелено оно строго за корму, но может быть повернуто примерно на шестнадцать градусов в любом направлении. Его включают после того, как корабль взял старт и лег на курс. Судовой математик вычисляет требуемую интенсивность. Установка работает что-нибудь около года и к тому моменту, когда звезда взрывается, корабль уже успевает уйти достаточно далеко, чтобы использовать толчок, но не сгореть.
— Но как действует это устройство?
— Капитан нажимает кнопку, и все. Энергия поступает от той же силовой установки, которая питает маневровые двигатели… А, вас интересует, что именно вызывает взрыв звезды? Это мне неизвестно. Да и зачем мне знать?
— Размером с локомотив. Вызывает взрыв звезды… — В голосе Морриса прорезались истеричные нотки. Бедняга, он начинал мне верить. Я-то сам почти не испытывал шока, потому, что на самом деле усвоил эту информацию еще вчера вечером.
— Когда мы впервые засекли световой парус, — сказал Моррис, — он шел к нам от недавно вспыхнувшей сверхновой в созвездии Стрельца. Она случайно не была рынком, не оправдавшим надежд?
Тормозить вообщемто можно тем же лазером с земли/орибиты земли, просто убрав зеркало для разгона и направив луч лазера на дополнительное зеркало которое будет отражать лазер в носовую часть карабля. Собственно говоря таким же образом карабль можно даже обратно вернуть, а около земли тормозить его как раз основным зеркалом. По сути это же «лазерный лифт „получается который работает в обе стороны.
Между прочим ничто не мешает в этот карабль в будущем и человека посадить.
Между прочим ничто не мешает в этот карабль в будущем и человека посадить.
«В августе 2015-го года НАСА выделила 100 000 долларов на дальнейшие исследования этой группы. „
объемы финансирования впечатляют.
объемы финансирования впечатляют.
Зонд миссии «Новые горизонты» пролетел мимо Плутона, тормозить ему было нечем, но и то что он снял имеет огромную практическую ценность.
Для межпланетных путешествий, можно придумать ряд маневров, чтобы тормозить тоже лазером с Земли, некоторый набор гравитационных маневров + лазер с Земли должны помочь в доставке зондов.
Для межпланетных путешествий, можно придумать ряд маневров, чтобы тормозить тоже лазером с Земли, некоторый набор гравитационных маневров + лазер с Земли должны помочь в доставке зондов.
Более близкое практическое применение фазированных лазерных систем — подсветка с Земли или околоземной орбиты солнечных батарей АМС с ионными двигателями, типа Deep Space 1 или Dawn. Это позволит использовать их дальше от Солнца — для изучения спутников Юпитера и Сатурна, и при этом не ставить на них гигантские солнечные панели, подняв эффективность солнечных батарей до такого уровня, как на орбите Венеры. Кроме того это позволит использовать для их ориентации гиродины вместо химических двигателей — а ведь использование для ориентации Dawn химических двигателей — основная причина планируемого окончания миссии Dawn.
> по причине явной желтушности заголовков, никто не рискнул перепубликовать подобную новость здесь
Ага, расскажите это Ализару+
Ага, расскажите это Ализару+
Все эти прожекты…
Все дело в том что невозможно осваивать космос с Земли.
Для того чтобы осваивать космос всерьез, его надо ОБЖИВАТЬ,
то есть в него необходимо не летать в экспедиции а жить там.
К тому же чем дальше тем горючее будет проблема космического мусора.
Ведь все эти одноразовые аппараты так и остаются на орбитах, со временем они будут фрагментироваться и расползаться увеличивая опасность столкновений.
План такой:
Создавать платформы на орбитах.
Оборудование просто устанавливается на платформы с общей для всех энергосистемой.
Старое оборудование ремонтировать.
На платформе нужен будет экипаж, а следовательно нормальные условия для жизни. Но возить людей с Земли крайне не выгодно, значит необходимо будет создавать станции с более менее нормальными условиями существования и полностью замкнутым биологическим циклом.
При этих станциях неизбежно появится различное производство. Есть не мало важных технологий которые куда выгоднее реализовывать в космосе.
Разрастаясь города станции будут все больше и автономней, они превратятся в города на орбите.
Рано или поздно на орбите станет тесно и города полетят в межпланетное пространство в погоне за астероидами и другими планетами.
И только тогда придет время освоения Марса.
А следом кто то решит лететь дальше
Такое себе ползучее освоение, колонизация, причем на каждом этапе это не расходы, а доходы.
А межзвездные перелеты… мечтать не вредно, но пока мы не дозрели.
Я убежден что и до Марса не дозрели.
Так давай оставим фантастику фантастам, а мы будем фантазировать в чертежах.
Все дело в том что невозможно осваивать космос с Земли.
Для того чтобы осваивать космос всерьез, его надо ОБЖИВАТЬ,
то есть в него необходимо не летать в экспедиции а жить там.
К тому же чем дальше тем горючее будет проблема космического мусора.
Ведь все эти одноразовые аппараты так и остаются на орбитах, со временем они будут фрагментироваться и расползаться увеличивая опасность столкновений.
План такой:
Создавать платформы на орбитах.
Оборудование просто устанавливается на платформы с общей для всех энергосистемой.
Старое оборудование ремонтировать.
На платформе нужен будет экипаж, а следовательно нормальные условия для жизни. Но возить людей с Земли крайне не выгодно, значит необходимо будет создавать станции с более менее нормальными условиями существования и полностью замкнутым биологическим циклом.
При этих станциях неизбежно появится различное производство. Есть не мало важных технологий которые куда выгоднее реализовывать в космосе.
Разрастаясь города станции будут все больше и автономней, они превратятся в города на орбите.
Рано или поздно на орбите станет тесно и города полетят в межпланетное пространство в погоне за астероидами и другими планетами.
И только тогда придет время освоения Марса.
А следом кто то решит лететь дальше
Такое себе ползучее освоение, колонизация, причем на каждом этапе это не расходы, а доходы.
А межзвездные перелеты… мечтать не вредно, но пока мы не дозрели.
Я убежден что и до Марса не дозрели.
Так давай оставим фантастику фантастам, а мы будем фантазировать в чертежах.
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
До Марса за три дня?