ВНИМАНИЕ! На форуме началось голосование в конкурсе - астрофотография месяца МАРТ!
0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.
По прямой просьбе трудящихся.Какие проблему на 0.1-0.5с у ЛЮБОЙ ракеты?Любой аппарат (не важно ракета это или нет) должен иметь очень высокую удельную мощность Ватт/кг чтобы за разумное время (год-пять лет) развить скорость 0.1-0.5сНо если у вас ракета – вы должны этот суперэнергосистему нести с собой.Не только топливо.Топливо (в смысле реактивная масса) – это все цветочки. Ягодки – добыть необходимую энергию и нужным образом ее использовать.Вам нужно совместить несовместимое.Тягу и удельный импульс.И сделать это крайне сложно. Я думаю вообще нельзя.Даже если чудо случится, скажем, найдется способ добыть много дешевой антиматерии, это не снимет проблему высокой удельной тяги. Гамма-излучение (например) заставит вас строить 100 км щит-радиатор, отделяющий топливные баки и жилые отсеки от зоны аннигиляции. И ваша ракета получиться на миллионы тонн минимум.То есть. Если 1000 км линза Френеля и перестроенный под лазерный излучатель планетоид (в случае парусника) вам кажется слишком дорогим удовольствием за быстрый межзвездный полет (0.1-0.5с это как раз уже быстро) то вы просто не владеете ситуацией.Вы не знаете какие цены на эту услугу на вселенском рынке.Реальный полет к звездам всегда будет дорогим удовольствием.И вам выбирать лететь за 5 триллиона или за 3.5 триллиона.Искать что-то за сто рублей или за тысячу (даже за миллион как думает Федор) – верх наивность.Если вы не можете с этим смириться – вы ребенок. Пацан.Присмотритесь.Речь идет не о космооперных пострелушках. Их вы можете получить на своей персоналке (бог все-таки милостев!). Но речь идет о реальном полете ВО ВСЕЛЕННУЮ.Отсюда и до бесконечности.Разве вселенная может стоить дешево?
это относится к любому транспортному средству. Звездолету это еще более актуально.Уйти от потребности таскать с собой движители и источник энергии всегда заманчиво.
Цитата: Polnoch_XU от 24 Окт 2012 [17:07:35]А я разве не именно об этом просила ?У меня как-то честно запал пропал. Еще вчера я хотел описать всю драму идеи (смакуя детали). А сегодня - что-то нет настроения...Может по ходу повествования разойдусь?У световых парусов есть две особенности, каждая из которых может при невнимательном взгляде их "утопить". То есть, на беглый взгляд кажется что эту идею и не стоит развивать дальше. И только рассмотрев детльно межзвездные приводы (то есть рассматривая всю проблему в комплексе) можно показать МЕСТО этой технологии среди всех остальных, возможных. Оно несколько необычно…Первая особенность или проблема - низкая энергетическая эффективность лазерного движителя. Именно движителя. Рассмотрим идеальный парус на который идеально падает ВЕСЬ разгоняющий его лазерный луч.Сила давления луча в этом идеальном случае F=2W/c. Удвоенная мощность излучения деленная на скорость света (Из, кстати, знаменитой E=mc2). Сразу оговоримся. Мы будем тут пользоваться далее классическим приближением физики. Нам этого достаточно. И из школьной классической физики нам надо вспомнить что v=at (и t=v/a), что F=ma (поэтому a=F/m), и что затраченная на разгон нашего парусника энергия это мощность луча умноженная на время t в течение которого этот луч был вклчен ES =Wt, а совершенная лучем полезная работа - это кинетическая энергия паруса Ek = mv2/2. Поделив второе на первое мы и получим эффективность процесса разгона в первом (классическом) приближении.То есть, Эффективность лазерной системе выражается в конечной скорости корабля в скоростях света.Если вы разгояете парус до 0.01с, в энергию паруса превращается только 1% энергии, излученной лазером. Если до 0.1с уже 10%. Если до 0.5с ~50%.На самом деле тут нужно еще учесть доплеровский эффект. До 0.1с он почти незаметен но потом начинает быстро загибать прямую вниз и если v/c при v=1 будет 1, то с учетом доплеровского эффекта график упрется строго в 0.5. Как у зенгеровской фотонной ракеты.На скорости 0.5с эффективность составит где-то 0.35 (кажется).Для сравнения. Эффективность ракетного движителя, как не странно может быть сколь угодно близко к 1. Но это особый движитель с переменной скоростью истечения. Если же у вас скорость истечения рабочей массы из сопла ракеты фиксирована (что естественно для всех ракет) но вы ее можете подбирать произвольно (конструируя двигатель), то кривая эффективности такой ракеты описывается отношением опять же кинетической энергии пустого корабля на скорости v к всей кинетической энергии отброшенной ракетой массы на скорости истечения uТут использована формула Циолковского. Опять же сплошная классическая механика.Формулу можно упростить приняв v за 1.Если мы построим график, то увидим явно выраженный экстремум, максимум. И соответствует он случаю когда u составялет 0,6275004… от конечной скорости v.И это максимум эффективности ракетного движетеля составляет 0,6476102… (если интересно то при массовом числе 3,921554728То есть. Если вы побеспокоитесь об эффективности ракетного движетеля то вы можете для ЛЮБОЙ скорости полета добиться эффективности движителя примерно 0.65! Сравните это с эффективностью паруса! Он даже на скорости света только приближается к 0.5! А на "нормальных" скоростях 0.05с - 0.25с он ну явно хуже по эффективности!!!То есть, пользуясь лазерным парусом вы используете движитель, который в основном нагревает космос, повышает энтропию вселенной, а не разгоняет ваш звездолет. То есть идеальный парус ну явно хуже идеальной ракеты. Всегда и везде.Но, что случиться если мы привнесем реализм? Потери на движителе не единственные потери в системе движителя. Вообще говоря общая эффективность каждого движителя описывается как произведение i частных эффективностей:Например у ракеты. Первая эффективность - эффективность выгорания топлива. Скажем при ЛТС вряд ли получится выжечь более 30% топлива. Остальное будет мертвым рабочим телом (в лучшем случае). Далее, не вся выделившаяся при сгорании топлива энергия (скажем гелия-3 плюс дейтерий) превратиться к кинетическую энергию заряженной плазмы. Часть уйдет как рентген, часть как энергия нейтронов ну и так далее.Но и заряженная плазма движется хаотически а что бы она стала той самой струей, ее надо собрать, направить соплом или зеркалом. И у этого процесса тоже есть своя плата. У хорошего сопла эффективность 0.75. И вот после этого мы уже можем умножать на те самые 0.65 и получать общую (в первом приближении) эффективность данного привода.Например для термоядерной ракеты:0.3*0.8*0.75*0.65 =0,117Что будет с лазерным парусом? Там свои потери. Зеркало не идеальное. Оно поглощает порядка 4%. Значит первый коэффициент 0.96. Далее, при самой крутой оптической системе на парусе собирается только первый ноль Эйри. Это 84%. Далее, сам излучатель (лазер) имеет какую-то эффективность (и как правило очень низкую пока. Но предположим лазеры на свободных электронах и заложим 0.65. Но на лазеры надо подать электроэнергию и она добывается с какой-то эффективность. Тоже предположим 0.65 (при полном выгорании топлива, но тепловая машина есть тепловая машина)В итоге:0.96*0.84*0.65*0.65=0,2016Но это опять надо умножить на эффективность движителя. А она зависит от конечной скорости (не ракета!). Выберем скорость 0.25с и получаем эффективность 0,085. И это только при четверти света! Если взять скорость меньше - то совсем все будет плохо.Не густо, верно? Вообще говоря есть "мнение компетентных органов", что любая реальная машина упорно почему-то стремиться к суммарной эффективности в районе 10%. То есть, какой-то заговор темных сил! Хочешь получить единицу порядка? заплати 9-ю единицами хаосу!И если вы думаете что хаос обхитрили, то вы скорей всего обхитрили себя, вы что-то упустили (скажем не учли что вы пользуетесь уже добытым электричеством или заложили где-то в конструкции нереальные параметры, забыли посчитать какое-нибудь западло природы). А если у вас в расчете что-то близкое 10% (не сильно выше) то скорей всего вы все правильно посчитали. Я, кстати, так и подбирал коэффициенты "с потолка" что бы выйти на близкие цифры. И всякий согласится что мои спотолочные коэфициенты не сильно грешат против физической правды.И так.Лазерный парусник к этой цифре может приблизиться только в районе очень высоких конечных скоростей. А ракета (которую мы себе представили) - везде дает примерно эти же самые 10%! Не важно что мы что то потеряли и у нее может быть тоже и 8 и даже 5%. Но она дает их ЛЮБОЙ скорости!То есть. Парусник если и есть смысл использовать, то ТОЛЬКО для очень быстрых звездолетов. Которые летят быстрей 0.1с (а лучше ближе к 0.5с)А ракету? Везде!"Пуля - дура, штык- мододец!"Так может вообще ну их нафик те паруса? Ракета ведь рулит везде!!!И вот тут то мы и подходим к самому интересному. К накалу драмы! Страстей!Занавес! Антракт! (продолжение следует)
А я разве не именно об этом просила ?
Я все-так продолжу обещанную лекцию для леди Ночь о лазерных парусах.И так. На чем мы вчера остановились?Лазерный парусник по эффективности привода может ПОПЫТАТЬСЯ тягаться с обычной ракетой только на скоростях больших 0.1с.На меньших скоростях о нем и вспоминать не стоит. Например, однажды в новостях проскочило сообщение что группа "британских ученых" предложила "новый", "революционный" способ путешествия на Марс. Надо на орбите поместить лазер (или мазер) и летать туда-сюда на паруснике. Понятен полет мысли изобретателей. Во-первых, скорости и расстояния для полета на Марс куда меньше чем до звезд. Значит и оптика и мощность излучателя куда скромней чем в расчетах того же Форварда (который предложил эту технологию именно для звезд). Все вроде как красиво. Но умники забыли сравнить количество энергии, которая потребуется для лазера с энергией, скажем, затраченной обычной ядерной ракетой типа NERVA (или ионным космолетом НПО "Энергия") на тот же перелет. При мизерных скоростях и эффективность привода будет близкая к 0. Вы почти все 100% энергии лазера потратите на нагрев вселенной. А это ведь монохромный, когерентный пучек света! Очень дорогая продукция, надо сказать!Почему тогда носятся с солнечными парусами? А там за излучатель платить не надо. Солнце все равно расходует энергию в пустоту на нагрев вселенной. Почему не использовать шару?Другое дело что парус использующий импульс солнечного света, использует опять таки все это с крайне низкой эффективнстью. Прикинте. Солнечная постоянная на орбите Земли 1300 Ватт/м2.Световое давление на м2 получается 2*1300/3Е+8 =8,67E-06 Н.Но если вы соберете эти 1300 Ватт и сообщите эту же энергию материи, массой, скажем 0,1 кг (v=корень(2*E/m) и выпустите через сопло с эффективностью 0.5, то получите тягу (0,5*m*v/t) в 8 Н! В 10 миллионов раз большую! Поэтому проекты экспедиций к Марсу выполненные "Энергией" (считаются самыми продвинутыми на сегодняшний момент) и используют гигантские фермы с растянутыми между ними панелями пленочных солнечных батарей, а не паруса.И если уж вам хочется передавать на борт корабля энергию дистанционно (идея ведь интересная) то лучше луч лазер направлят не на зеркало а на такие вот солнечные батареи. То есть дистанционно передавать не импульс света а энергию света. А импус вырабатывать уже на борту (и может мы еще поговорим о таких концепциях). Может тогда и нет смысла вообще с этой концепцией связываться? С световыми парусами?Стоит! Если вы действительно хотите летать быстрее 0.1с вам стоит связываться ИМЕННО со световыми парусами. На самом деле у вас вообще считай нет альтернативы таким парусам. Есть одна, очень родственная. И все. Но и она на самом деле начинает отставать на скоростях от 0.5с. То есть на половине света у светового паруса ТЕОРЕТИЧЕСКИ не может быть альтернативы. НИКАКОЙ.И надо удивляться тому, что природа все-таки дарит нам в виде этой концепции РЕАЛЬНУЮ возможность двигаться организованной материи с почти уже релятивистским скоростями (на 0.5с релятивистские эффекты уже под 15%).Могла бы, зараза не дать никакой!А ракеты?На таких скоростях ракеты НЕВОЗМОЖНЫ.Резкое заявление?А как вы хотели! Интрига. Я вам уже сто раз говорил что приключения людей и рядом не лежали с драмой приключения идей. Вы думаете, например, Моисеев примет все то что я говорю? Упрется рогом и будет крутить усы, хитро улыбаясь в них!Еще бы! Драма идей! И так.Почему ракета не может быть быстрым звездолетом? Начнем "с начала".С еще большего начала чем вчера.Какой бы привод мы ни выбрали (что бы мы не придумывали), у него будет в итоге некий суммарный КПД (или эффективность) n. И он, будет где-то в районе 0.1 (как мы всчера предположили). Но даже если мы неверно предположили и он возможен в диапазоне от 0.5 до 0.05 - ясно что эта величина играет в районе порядка. Не более. Затрата же энергии на разгон ЛЮБОГО звездолета (мы пока говорим только о разгоне) массой m до скорости v, тогда выражается из школьной формулы так:Всем ясно почему?Я не фокусы показываю. Напротив! Мне надо чтобы все видели что я не мухлюю.А какова потребляемая МОЩНОСТЬ такого привода? Усредненная, разумеется. Мы ведь делаем грубые оценки не вникая в несущественные детали. Мы строим рамки а любые детали остаются ВНУТРИ этих рамок и выходить за них просто физически не могут.И так, мощность.Все просто. Затраченную энергию ES делим на время разгона t. Если время t стремиться к 0 (что вообще говоря очень желательно) то мощность стремиться к бесконечности (что очень нежелательно). Значит нужно искать некий компромисс. Поиск компромисса - это еще очень красивая статья с графиками и формулами. Мы это опустим. Возьмем из нее вот что. Каково бы ни было время t, существует некий предел для t, длинней которого t быть не может.Смотрите. Рассмотрим идеальный случай. Звездотелт мгновенно разогнался до v потом летел всю дистанцию полета S некоторое время T и у цели мгновенно затормозился. Время такого чудесного перелета T=S/v. Все просто.Но если вы хотите на дистанции S хотя бы на миг достигнуть скорости v как можно с меньшим ускорением, то у вас есть только одна такая траектория. Медленный разгон до половины пути до v и потом половину пути тормозить. Тогда весь полет будет в два раза дольше. Средняя скорость в два раза меньше. А время разгона t = T=S/v. То есть дольще чем S/v вы до скорости v разгоняться не можете. Можете быстрей. Но дольше - никак! Отсюда можно записать такое простой универсальный закон-неравенство для ЛЮБЫХ приводов звездолета об их мощности W :Не меньше чем куб от конечной скорости звездолета!Скорей всего больше. Но не меньше! И вообще то эту формулу надо писать не для мощности, а для удельной мощности. То есть количества ватт на килограмм звездолета:И вот теперь берите звезду (скажем многострадальную Барнарду 6 св. лет) Берите, скажем ракету с волшебной эффективностью 0.5 (не бывает, но берите пока дают!) и посчитайте минимальную удельную мощность для разных скоростей перелета к цели.0.001с = 0,476 Ватт/кг0.01с = 475,6 Ватт/кг0.1с = 475 647 Ватт/кг = 476 Квт/кг0.5с = 59 455 860 Ватт/кг = 59 Мвт/кгКубическая гипербола. И вот смотрите в каую засаду попадает всеми любимая ракета. Чем быстрей вы хотите лететь на полноценной ракете, то есть приводе, где вся энергия добывается на борту разгоняемой конструкции, тему кубически большая удельная мощность двигателя вам нужна. Для сравнения, автомобиль массой 1 тонна и с мощностью 200 л.с. (крутая вроде тачка?) имеет удельную мощность … 147 Ватт/кг. У чудо-звездолета, который "тащиться" на вшивых 0.01с удельная мощность минимум в 3 раза должна быть выше (мы ведь говорим о минимуме!)Рекордная удельная мощность среди созданных человечеством машин у ракет. Скажем, в СССР любили хвастаться что при старте "Восток" развивает 20 миллионов л.с. (сколько то там днепрогесов!) Если выкинуть из его стартовой массы топливо то пустая ракета будет примерно 30 тонн. Значит удельная мощность "Востока" на старте 490 Кв/кг.Вроде дотягиваем до скорости 0.1с, верно? Хотя бы до 0.1с!Но не спешите с выводами. Только самые грамотные "детки" догадываются что "Восток" нам не указ.Смотрите.Берем корабль с массой 30 тонн. Берем всю мощность в 20 миллионов лошадиных сил. Часто этой мощности совершает полезную работу (с волшебным КПД 0.5) то есть 10 миллионов л.с. разгоняют звездолет к цели А 10 миллионов л.с. расходуется в пустую, на нагрев космоса. При этом часть из этой бесполезной мощности не просто улетает в космос. Она паразитная, она нагревает наш звездолет.Вспомните, у парусника поглощается 4% падающего на него луча. И это его паразитка. Она поглощется и сильно греет парус. У любого ракетного двигателя тоже будет подобный процент. Давайте опять возьмет очень оптимистично. Скажем 1% всей выделяемой мощности оказывается паразитной. Пускай в меня бросят камень тот гад, который скажет что это не безголовый оптимизм! Найдется?И так. 20 миллионов л.с. это 14 710 000 000 Ватт. 1% от этих ватт 147 миллионов ватт тепла обрушивающегося "на стенки двигателя".Как будем это тепло сбрасывать? По Стефану-Больцману, разумеется! Иначе - НИКАК.Это "Восток" мог охлаждать себя проточным потоком керосина и кислорода ибо это -летающая цистерна быстро "выливающая" из себя материю с низкой энтропией в двигатели. Поэтому не только красивый выхлоп служил ему радиатором (сбросом 10 миллионов лошадиных сил) но и вся масса топлива в баках - тоже. Именно она и протекала в рубашках камер и сопла ЖРД, отбирая паразитку прежде чем сгореть в самой камере.Поэтому ЖРД ракеты ("отсталые" керасинки) обладают не просто большой удельной мощностью, это вообще В ПРИНЦИПЕ предельная, физически достижимая на любых ракетах удельная мощность. ЖРД ракета в этом смысле пиковая, экстримальная, предельная машинай. Круче ни через миллион ни через миллиард лет никогда не будет.Не верите?Значит вы - чмо необразованное. Физически бескультурное. Вы просто не понимаете в каком мире оказались. Таких как вы - тьма. И именно потому что вы такие дураки вас всегда имеют всякие подонки. Но вернемся к раткетам. И так. ЖРД развивает такую чудовищную мощность за счет чудовищного расхода топлива. За счет что импульс (mv) он получает больше за счет m чем v.А на звездолете такого чудовищного расхода топлива нет. У нас там всего 4 кг на 1 кг корабля, если мы говорим об максимальной энергетической эффективности (а теперь ясно что это не только надо соблюдать из экономических но и просто из инженерных соображений!) И дело даже не в этом 1 на 4. Даже если бы было 1 к 4 000 это ракету не спасло бы. "Восток" разгоняете до 8 000 км/с, а мы до 30 000 000 км/с. "Восток" отбрасывает массу со скоростью 3 500 м/с а нам нужно где-то 20 000 000 м/с. Вот и смотрите удельную энергию отбрасываемого килограмма массы. У нашего звездолета скорость массы в 5700 раз выше, значит удельная энергия квадратично, в 32 миллиона больше! Какой тут радиатор из выхлопа?Иными словами. Сливать через выхлоп (как "Восток") паразитку звездолет уже НЕ МОЖЕТ.Остаются только радиаторы. И закон Стефана-Больцмана.И какова же их площадь для нашего гипотетического звездолета?Возьмем идеально черный радиатор с температурой поверхности 1000 К (~700 С, металл раскаленный до такой температуры светится вишнево-красным. Представили?) Тогда по Стефану-Больцману нам нужен радиатор площадью… 2 594 м2. Если это представить как диска, излучающий двумя сторонами, то диаметр такого диска 825 м. Представили? Раскаленный до вишнево-красного цвета диск диаметром 0.8 км… И это ЧАСТЬ звездолета общая масса которого… кто помнит? 30 тонн!!!В 30 тонн нужно впихнуть не только чудо-радиатор, но и волшебный двигатель, который каким-то чудом принимает на элементы конструкции лишь 1% от выделяемой двигателем мощности. В 30 тонн надо впихнуть баки, полезную нагрузку, несущую раму, щит… массу всего!И этот звездолет летит к Барнарде ПОЛЗКОМ. Он летит к ней не на 0.1с, а со средней скоростью 0.05с. То есть наш двигатель непрерывно работает от начала до конца 120 лет!!! Даже если корабль тормозит по-другому двигатель работает 60 лет!Мы взяли крайне оптимистические параметры и получили нечто очень напряженное. Проще говоря. Так как удельная мощность ЛЮБОГО звездолета растет не медленнее чем куб его конечной скорости то ракетный звездолет с повышением скорости его перелета проектировать по крайней мере кубически сложнее. И если для 0,01с получаться НАПРЯЖЕННЫЕ но вменяемые конструкции, то уже на 0.1с получаются НЕВМЕНЯЕМЫЕ.Разработчикам приходиться надеятся на некие чудеса. Проекты имеют некие неясные волшебные параметры, на которые приходится наедятся и которые по идее должны спасти концепцию. Но пока не ясно спасут ли?Пора сделать перерыв?(продолжение следует)
И так. Третья и надеюсь заключительная теоретическая часть.В первой части мы обнаружили, что энергетическая эффективность лазерных парусов становится сколько-нибудь приемлемой только для быстрых звездолетов, летящих быстрее 0.1сВо второй части мы обнаружили что возможность построить КАКУЮ-ЛИБО полную ракету, кубически падает со скоростью ее полета и можно предположить что технологический барьер, который никакая полноценная ракета никогда не переступит из-за чудовищной удельной мощности лежит где-то между 0.01с и 0.1с. Это так называемые средние скорости. И кстати самые РАЗУМНЫЕ, выгодные для межзвездных путешествий, чего бы мечтатели не выдумывали. Так что все сказанное совсем не означает, что ракеты вообще не полетят между звездами. Напротив. Скорей всего они и полетят на 0.03 или 0.075с. Я не будут тут приводить ряд расчетов в духе "расчета ожидания". Но они как раз показывают что глупо спешить. Но если вы действительно спешите, хотите лететь быстро, то вам ракета не подходит.Максимум - половина ракеты. То о чем я говорил. Лазер подает энергию на борт а та превращается в электроэнергию и питает ионные двигатели. Оставив часть энергосисетмы дома, вы можете повысить удельную мощность ракетного звездолета. Лэндис для скорости 0.1с делал расчеты и пришел к выводу что овчинка выделки не стоит (а может наоборот стоит и попотеть?). Что подобный зонд и парус будут примерно эквивалентны.http://go2starss.narod.ru/pub/E013_IZRL.htmlХотя, как говориться. еще не вечер. Лендис исследовал одну концепцию и далеко не самую лучшую. Но даже она на скоростях, скажем 0.05 или 0.075ся может оказаться предпочтительней. То есть она вполне могла бы занять пробел на шкале скоростей между самой быстрой ракетой и самым медленным парусом.Но на больших скоростях недостатки паруса таят и выступают на передний план его достоинства. А чистые (или полные) ракеты очень быстро отстают.Парус вырывается вперед прежде всего ЧУДОВИЩНО огромная удельная мощности, которую он выдерживает. И причина в том, что здесь один его недостаток (о котором речь ниже) работает как достоинство.Парсу должен быть очень большим по диаметру. Тончайшим и большим. И это как раз естественным образом превращает его в гигантский радиатор. Поэтому тепловой баланс даже для примитивного алюминия достигается при потоке порядка 10-и солнечных постоянных (возьмите корень из 10 и получите дистанцию до Солнца на которой такой жар. Это где-то 0.3 а.е.. Чуть ниже орбиты Меркурия). А если парус построен с какими-нибудь нанотехнологиями, то поток вообще можно поднять и до 100. В общем для парусника проблема удельной мощности разрешима. И термодинамика даже очень простого алюминиевого паруса вполне выдерживает разгон до 0.5с за пару лет. А если взять другие материалы? А если поиграть с коэффициентом черноты обратной стороны (есть ряд идей)? То есть конструкция имеет очевидный конструктивный ЗАПАС развития.Например, уже сейчас есть зеркала с поверхностным эффектом Брэгге… http://www.membrana.ru/particle/1841Если получиться отразить не 96% а 99,9% света (пленкой в десяток нанометров), это означает что мы могли бы выстреливать (буквально) такими парусами.Но мечты в сторону. Я в начале давал ссылочки. Так вот во всех тех работах паруса как правило очень консервативно устроены. Это десяток нанометров алюминия, технология производства которого (и постройки парусов) разработана еще в середине 70-х Дрекслером (тем самым что написал "Машина созидания"). Как правило сплошного алюминия (не перфорированного). И уже это позволяет парусам держать чудовищную мощность на м2 и разумеется на кг своей массы. В общем, паруса прекрасно прорываются через барьер удельной мощности в котором вязнут другие концепты.Но это вторичная причина их волшебных свойств.Главная причина почему парус оказывается таким уникальным по удельной мощности, в том что почти все паразитные потери ОСТАЮТСЯ ДОМА. Там эти потери - отдельная головная боль. Но инженерная прелесть в том, что излучающая установка не ограничена по массе габаритам, положению, выбору источников питания… Это решающее преимущество активных (а не реактивных) звездолетов. Настолько решающее, что его нельзя даже никак посчитать, сравнить.Однако ничто не дается в этом мире даром.Расплатой за чудо у лазерных парусов является плохая МАСШТАБИРУЕМОСТЬ системы. Это и есть второй недостаток, особенность, системы.Что значит масштабируемость?Это значит, что если у вас в расчетах "сросся" звездолет массной М, то такой же звездолет массой 0.1M или 0.001М тоже срастется и вам не придется за это расплачиваться новыми инженерными проблемами. Обратите внимание, что масштабировать можно не только вниз но и вверх (все относительно). Но обычно ценится способность УМЕНЬШИТЬ конструкцию. И это понятно. Уменьшив массу звездолета в 10 или 1000 раз вы во столько же снижаете затраты энергии на его разгон. И если ваша полезная нагрузка вам позволяет это делать (скажем вы посылаете легкого робота, а не колонию людей) то возможность масштабировать вниз вашу концепцию - бесценна. У цивилизации может не найтись "лишних" энергетических мощностей на тяжелый звездолет-колонию, но может найтись энергия на легкий звездолет-робот!Масштабируемость - очень ценное качество!И редкое.Так для многих концепций ракетных звездолетов, вообще говоря, имеют очень неприятный нижний предел масштабирования. Некая масса (габарит) М, ниже которого нельзя его массу опустить, уменьшить. И часто эта масса получается очень большой.Почему?Любой звездолет любой конструкции условно можно представить как сопряжение неких тонкостенных фигур габаритами R. Значит масса M пустого звездолета оказывается пропорциональна квадрату R. А мощность энергетической установки (мы говорим о ракетах) как правило, оказывается пропорциональна объему неких частей звездолета, камер сгорания, например. То есть кубу R. В итоге та самая пресловутая удельная мощность:То есть, чем больше звездолет тем выше его удельная мощность.Разумеется это все очень грубо.Но в пределах разумного это работает. И некоторые километровых размеров звездолеты (и многотысячетонных масс) способные вписаться в полетное задание, при уменьшении их, скажем в 2 раза уже не срастаются под задание. Они проходят барьер масштабируемости.Вот почему британский "Дедал" (в который заложили явно чересчур оптимистические параметры) и то оказался таким огромным монстром!И так. Масштабируемость - ценное и дорогое удовольствие редкое среди звездолетов.Но почему парус должен плохо масштабироваться?Сам парус (звездолет) масштабируется прекрасно. Можно сделать какой угодно массы и размера (в пределах разумного)…Плохо масштабируется система запуска. Формула дифракционного предела (для парусов как формула Циолковского для ракет):d - диаметр пятна (паруса), F - фокусное расстояние системы (дистанция разгона), D - апертура (диаметр) фокусирующей системы. Теперь вы хотите уменьшить массу звездолета в N раз. Вы снижаете в N раз мощность излучателя (прекрасно!) и в корень из N - диаметр паруса (d).Значит вам в корень из N надо (один из трех вариантов):1) Уменьшить фокусное расстояние F. Но это приведет к увеличению ускорения (вы должны на более коротком F успеть достигнуть заданной скорости). Мало того что ваш парус может не выдержать тепловой нагрузки (сгореть) вам надо увеличивать и пропорционально мощность излучателей. А вот это очень даже нехорошо!2) Уменьшить лямбда. Длину излучения. Если вам это вообще удастся - вы волшебник. Поэтому, кстати, второй изобретатель паруса Г. Маркс настаивал на том что подобная система будет работать только с рентгеновской длиной волны (он посчитал разумные размеры установок менее чем километры, сотни метров не больше). Но уменьшать длину излучения лазеров и СЛОЖНО и в целом накладно для всей системы. С чисто термодинамической точки зрения лазеры с меньшей длинной волны будут иметь меньший КПД. Далее. Лазерный луч будет синтезирован из множества самостоятельных лучей, которые синхронизируются сложной системой адаптивной оптики. Для этой синхронизации потребуется некий опорный луч с длиной волны в 10-100, а может и 1000 раз короче энергетического. И если длина базового луча уменьшилась в 10 раз, то и вся система адаптивной оптики усложняется (которая и так будет работать на грани чуда).Далее. Отражать более короткие волны от паруса тяжелее. Вообще говоря парусу лучше бы вообще использовать миллиметровые радиоволны или длинные инфракрасные. Тогда и перфорация работает лучше и вообще зеркальность повышается, все характеристики и излучателя и приемника будут лучше! То есть инженерно куда лучше увеличивать длину волны, а не уменьшать.3) Увеличить диаметр апертуры D. Скажем синтезированного излучателя или фокусирующей линзы. Но если взять "средний" парус при длине волны 1 мкм и нромальных термопараметрах, мы и так получаем огромного диаметра фокусирующую систему. Сотни (до тысчяи) километров.Поэтому, когда Роберт Форвард придумал сверхлегкий (весом в почтовую марку) радиозвездолет "Starwisp", которые можно было запустить мазером типичной (для 80-х годов) солнечной орбитальной электростанции, ему понадобилась фокусирующая линза… 60 000 км в диаметре.Крупнее:http://suptg.thisisnotatrueending.com/archive/12995135/images/1291254491108.jpgСамый лучший размер паруса (по сумме всех противоположных требований) получается, если использовать 1000 км полотнище. Форвард такой и рассчитывал для пилотируемой экспедиции. Но такой гигант потребует чудовищной мощности излучателя, которые на много порядков превышает мощность всей нашей цивилизации.В принципе вы сами можете поиграть с формулой выше.Вам еще нужен закон Стефана-Больцмана что бы понять какое максимальное ускорение (мощностью и дистанцию фокусировки) вы можете себе позволить.Это сто раз считалось.Но в целом получается что корабль-парус меньше 1000 тон не так уж и просто "срастить". Меньше парус - нужна очень мощная линза, что вообще делает глупым масштабирование. Гора родила, получается, мышь.Собственно, по теоретическому бэк-граунду паруса это и все.Парус имеет смысл запускать только в виде быстрого корабля и с не очень маленькой полезной нагрузкой. Вот теперь и прикинте ГДЕ и КОГДА такая потребность может возникнуть?Кстати, мы тут изучали межзвездную войну (на в физической реальноси) и пришли к удивительному выводу. Если вам нужно захватить извне чужую звездную систему и нужен корабль-захватчик (который может если не уничтожить то оглушить инфраструктуру космической цивилизации вокруг атакуемой звезды) то лучше паруса себе и представить ничего нельзя. Я накидал проект "Драккар". Получилось очень изящно. Парус идеален и по энергии и по конструкции (его парус превращается в поток релятивистских снарядов) и по скрытности запуска (луч всегда идет мимо системы и обнаружить запуск можно но куда сложней чем ракету).То есть, тоненький романтический парус это на самом деле самое грозное оружие во вселенной, работающее на известной нам физике. Но это уже совсем другая история!
Дифракционный предел можно обойти. Разработаны т. наз. суперлинзы (что-то типа сложных дифракционных решеток, как я понимаю), работающие в микроволновом диапазоне и способные фокусировать волны в области меньше дифр. предела. Пока в разы, но в принципе вроде как можно и на порядки.
А вот что нельзя обойти, так это испарение паруса. Кто-нибудь считал, сколько лет (месяцев?) просуществует в вакууме микрометровая алюминиевая пленка?
В проектах парусов есть несколько очень сложных технических задач. Одна из них - механическая прочность конструкции, учитывая её циклопический размер. Это пожалуй самая сложная проблема. Сама алюминивая плёнка просто согнется как зонтик в самый чудовищный торнадо.
А вообще идея парусника самая замечательная из реально осуществимых. Посудите сама - парус можно сделать многофункциональным.1. Используем дармовою энергию солнца для разгона. можно использовать световой импульс, а можно электроэнергию для ионников.2. В течении межзвездного полёта можно использовать часть или весь парус как антенну для сверхдальней связи. Опять же можно пытаться использовать парус и как генератор. При набегании межзвездного газа на такую площадь будут образовываться заряженные частицы в слое полотна. 3. Используем дармовою энергию другой звезды для торможения.
У этих попыток была ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ предыстория? И насколько она была богата?
Мерикане правда скрывают данные о новом поколении Каптона
alex_semenov - да я согласен практически со всем что вы тут говорите.