Параметры солнечных парусов

Hamster
Уже с Приветом
Posts: 11475
Joined: 20 Nov 2000 10:01
Location: Escondido, CA

Re: Параметры солнечных парусов

Post by Hamster »

NanoKaktus wrote:А как тормозить? :)
Хороший вопрос :) Не долетая до альфы Центавра, зонд с парусом разделяется на две части, на земле снова включается лазер, одна часть паруса служит зеркалом, которая отражает луч на вторую половину, пока она не остановится. Осталось всего-ничего (1) попасть лазером по цели диаметром 10~100 км на расстоянии 4 световых лет, (2) маневрировать формой зеркала, чтобы отраженный луч тормозил зонд, причем к моменту остановки они успеют основательно разлететься в стороны. Для реализации (1) очень помогает фокусирующая суперлинза, которая может работать как объектив супертелескопа (и давать изображение системы Альфы Центавра с эффективным разрешением в 100 км).

С другой стороны, если как-то закинем вторую электростанцию и второй лазер на орбиту альфы Центавра, тормозить зонд будет намного легче, и у нас получается дешевая система быстрой транспортировки грузов в обе стороны. Поскольку разгонная фаза занимает меньше года и после этого лазер выключается, мы можем запускать по одному зонду в год.
Протоукр
NanoKaktus
Уже с Приветом
Posts: 1338
Joined: 23 Sep 2006 19:01
Location: United Kingdom

Re: Параметры солнечных парусов

Post by NanoKaktus »

Hamster wrote:
NanoKaktus wrote:А как тормозить? :)
Хороший вопрос :) Не долетая до альфы Центавра, зонд с парусом разделяется на две части, на земле снова включается лазер, одна часть паруса служит зеркалом, которая отражает луч на вторую половину, пока она не остановится. Осталось всего-ничего (1) попасть лазером по цели диаметром 10~100 км на расстоянии 4 световых лет, (2) маневрировать формой зеркала, чтобы отраженный луч тормозил зонд, причем к моменту остановки они успеют основательно разлететься в стороны. Для реализации (1) очень помогает фокусирующая суперлинза, которая может работать как объектив супертелескопа (и давать изображение системы Альфы Центавра с эффективным разрешением в 100 км).

С другой стороны, если как-то закинем вторую электростанцию и второй лазер на орбиту альфы Центавра, тормозить зонд будет намного легче, и у нас получается дешевая система быстрой транспортировки грузов в обе стороны. Поскольку разгонная фаза занимает меньше года и после этого лазер выключается, мы можем запускать по одному зонду в год.
Интересно, а такие лазерные лучи между звездами теоретически можно со стороны увидеть? :) Ну там рассеяние космической пыли или еще чего...
User avatar
Зырянин
Уже с Приветом
Posts: 6156
Joined: 20 Dec 2007 16:46
Location: сша

Параметры солнечных парусов

Post by Зырянин »

для торможения использовать запущенный ранее лазер, который развернет траекторию на 180 в гравитационном поле звезды; затем включится и будет светить лазером навстречу прибывающей основной экспедиции.
User avatar
Flash-04
Уже с Приветом
Posts: 63430
Joined: 03 Nov 2004 05:31
Location: RU -> Toronto, ON

Re: Параметры солнечных парусов

Post by Flash-04 »

а чем лазер собираетесь доставлять? обычными РЖД или ядерные к тому времени появятся? :food:
Not everyone believes what I believe but my beliefs do not require them to.
User avatar
Flash-04
Уже с Приветом
Posts: 63430
Joined: 03 Nov 2004 05:31
Location: RU -> Toronto, ON

Re: Параметры солнечных парусов

Post by Flash-04 »

помню давно-давно читал статью (кажется в "Наука и Жизнь") там высказывалась идея, что т.к. скорость прогресса космических средств доставки довольно велика (экстраполяция разумеется) то нет смысла что-то запускать сейчас, т.к. запущенное через 100 лет - долетит быстрее того что запущено сейчас.
Not everyone believes what I believe but my beliefs do not require them to.
Hamster
Уже с Приветом
Posts: 11475
Joined: 20 Nov 2000 10:01
Location: Escondido, CA

Re: Параметры солнечных парусов

Post by Hamster »

Flash-04 wrote:помню давно-давно читал статью (кажется в "Наука и Жизнь") там высказывалась идея, что т.к. скорость прогресса космических средств доставки довольно велика (экстраполяция разумеется) то нет смысла что-то запускать сейчас, т.к. запущенное через 100 лет - долетит быстрее того что запущено сейчас.
Неясно, как они могли сделать такую экстраполяцию. Последние 40 лет эта скорость прогресса примерно равна нулю. В начале 70-х годов американцы запускали в глубокий космос зонды на химической ракете Titan-III с твердотопливными бустерами и третьей ступенью Centaur-D. В 2011 году американцы запускают зонды на химической ракете Atlas-V с твердотопливными бустерами и третьей степенью - все тем же Centaur. За прошедшее время гидразин в первой ступени заменили керосином и кислородом, два двигателя в Кентавре заменили одним, и на этом прогресс заканчивается.

Конечно, часть проблемы в 200 миллиардах долларов, выкинутых на шаттл, но и без этого причин ожидать быстрый прогресс не видно.
Протоукр
User avatar
Flash-04
Уже с Приветом
Posts: 63430
Joined: 03 Nov 2004 05:31
Location: RU -> Toronto, ON

Re: Параметры солнечных парусов

Post by Flash-04 »

я же говорю - спекулятивная экстраполяция. Но IMHO определенная логика есть. Кроме того есть разные типы двигателей. У Лема в "Фиаско" описана более-менее правдоподобная схема межзвездного корабля.
Not everyone believes what I believe but my beliefs do not require them to.
User avatar
Олег Иванов
Уже с Приветом
Posts: 981
Joined: 29 Jan 2009 10:36

Re: Параметры солнечных парусов

Post by Олег Иванов »

Зырянин wrote:для торможения использовать запущенный ранее лазер, который развернет траекторию на 180 в гравитационном поле звезды; затем включится и будет светить лазером навстречу прибывающей основной экспедиции.
1. Для обычной массы разворот на 180 град - это выход на закольцованную орбиту. 1 космическая - окружность, вторая - парабола, третья - гипербола. Настроить настолько точно направление лазерного луча, чтобпопасть между параболой и элипсом, эксцентриситеты которогорасполагались в звезде и в лазере - это надо сильно точно целиться. Вряд ли это осуществимо. Разве со светом не так?
2. Оно, конечно, свет лазера когерентный и мало рассеивается. Да и разворачивать не обязательно на 180, можно и на 170, например, выбрав звезду в близком к цели секторе, а неточность тяги подправить поворотом паруса. Но все равно терзают сомнеия в точности прицеливания. Ведь в этом случае расстояние значительно увеличивается. По меньшей мере в 2 раза, а вероятнее в десятки, т.к. вряд ли подходящая по размеру и расположению звезда найдется именно в той точке пространства, которая нам нужна.
User avatar
Олег Иванов
Уже с Приветом
Posts: 981
Joined: 29 Jan 2009 10:36

Re: Параметры солнечных парусов

Post by Олег Иванов »

Hamster wrote: За прошедшее время гидразин в первой ступени заменили керосином и кислородом, два двигателя
Мой однокурсник, спец в матфизике, как раз участвует в одном из проектов НАСА по созданию плазменного двигателя, в котором стенками двигателя является не тугоплавкий материал, а мощное электро-магнитное поле. Не секрет, что главная проблема экономичности реактивного движка (массы перевозимого топлива) в скорости истечения реактивной струи, которая, суть, температура. Эта температура, а значит и скорость, определяется предельной тугоплавкостью используемых материалов. Если вместо материала для отражающих стенок двигателя использовать поле, то появляются огромные возможности даже при нынешних достижениях. А если добавится управляемый термояд, то возможности возрастут драматически. Но никаких подробностей, предупреждая вопросы, я не знаю.
User avatar
Flash-04
Уже с Приветом
Posts: 63430
Joined: 03 Nov 2004 05:31
Location: RU -> Toronto, ON

Re: Параметры солнечных парусов

Post by Flash-04 »

Ссылочки хоть какие есть? Жутко интересно!
Not everyone believes what I believe but my beliefs do not require them to.
User avatar
Олег Иванов
Уже с Приветом
Posts: 981
Joined: 29 Jan 2009 10:36

Re: Параметры солнечных парусов

Post by Олег Иванов »

Flash-04 wrote:Ссылочки хоть какие есть? Жутко интересно!
Ну например гугль выдал в первой же строчке это
http://www.cybersecurity.ru/news/64978.html
Хотя тоже никаких подробностей
Для начала поиска хватит, ну а найдешь детали (найдешь, раз интересно) - делись.
Hamster
Уже с Приветом
Posts: 11475
Joined: 20 Nov 2000 10:01
Location: Escondido, CA

Re: Параметры солнечных парусов

Post by Hamster »

Эта температура, а значит и скорость, определяется предельной тугоплавкостью используемых материалов.
Насколько я знаю, скорость определяется не столько тугоплавкостью материалов, сколько эффективным импульсом используемой химии. И тут перспектив роста практически нет. Комбинация "керосин+кислород", при всей своей банальности, является самой эффективной практически реализуемой комбинацией. Можно вместо кислорода брать фтор или соединения фтора, это дает целую кучу проблем, в частности, окислитель трудно удержать в баке и на выходе получаются всевозможные токсичные химикаты. Можно в качестве топлива использовать жидкий водород, но тут неочевидно, что добавочная масса контейнера, в котором он содержится под высоким давлением и при низкой температуре, даст какую-то экономию по сравнению с керосином.

Манипуляции с электромагнитными стенками имеют смысл, если у нас есть бортовой источник питания, позволяющий дать выход энергии (на килограмм полезной массы), существенно превосходящий традиционные химические методы. Например, бортовой ядерный реактор. Не путать с плутониевой-239 термопарой.

С другой стороны, даже небольшие усовершенствования в сфере ракетных двигателей могут приводить к существенной экономии. Если ваш знакомый сможет увеличить эффективный удельный импульс стандартной комбинации топлив (например, керосина+жидкого кислорода) на 10%, это легко дает +30% к полезной массе, которая выводится на орбиту за те же деньги. Может иметь смысл организовать изменяемую форму сопла, в зависимости от забортного давления воздуха. Это вроде бы тоже дает какой-то выигрыш в экономии.
Протоукр
User avatar
Олег Иванов
Уже с Приветом
Posts: 981
Joined: 29 Jan 2009 10:36

Re: Параметры солнечных парусов

Post by Олег Иванов »

Мне сложно судить, я не спец. Но вообще то всякие термоядерные дела тоже входят в сферу его деятельности.

И опять же, если можно разогреть вещество (не обязательно непосредственным сжиганием) до очень высоких температур (т.е. скоростей). то эффективный импульс существенно повысится. Из общих соображений мне некажутся Ваши доводы такими уж непререкаемыми. Особенно, это существенно, когда объект уже на орбите и большая тяга не играет такой роли. Если уж солнечные паруса там работают, то никто не мешает плазму раскочегаривать и отталкиваться от выстреливаемых с большой скоростью небольших по массе частиц. А уж чем там эту плазму энергетически подпитывать - вопрос отдельный.
StrangerR
Уже с Приветом
Posts: 38016
Joined: 14 Dec 2006 20:13
Location: USA

Re: Параметры солнечных парусов

Post by StrangerR »

На самом деле есть простая арифметика.

Импульс = M * V

Энергия = M * V ** 2 / 2

Вывод - поднимать скорость истечения - значит тратить ВО МНОГО раз больше энергии. То есть это имеет смысл только если
- источник энергии снаружи (солнце + солнечные батареи)
ИЛИ
- источник почти неисчерпаем (ядерная энергия).

Так как мощность таких источников получается не очень высокой то удел высокоимпульсных схем - ионные двигатели работающие от солнечной батареи или от реактора на этапе, когда можно долго и несильно тянуть (разгон к марсу, например). Повышение импульса химических двигателей упирается и в то, что максимальная скорость ограничена химией (два атома сливаются в молекулу - при этом они получают вполне себе фиксированную скорость которая и определяет температуру горения - выше она стать не может хоть ты тресни, а температура определяет скорость истечения), и в том, что повысить скорость истечения в 2 раза - надо в 4 раза больше энергии, а взять её - сжечь в 2 - 4 раза больше химии, а то что сожгли нам уже не нужно и его вполне можно истекать - то есть смысла повышать особо скорость истечения в общем то и нету потому что энергии не хватит и часть тела все равно будет медленно истекать...

Да, лучший импульс как известно получается у Кислород + Водород, но там и свои проблемы... самый удобный действительно - керосин + кислород.

PS. А кстати, можно и в формулу E = M * C упереться... так что до бесконечности все равно с носимым источником энергии не уедешь. Вообще вся схема классической ракеты абсолютно бессмысленна - вокруг есть столько тел от которых можно бы оттолкнуться, что реактивный принцип нужно выкидывать и использовать схемы пращи, лифта и прочего...

:)
StrangerR
Уже с Приветом
Posts: 38016
Joined: 14 Dec 2006 20:13
Location: USA

Re: Параметры солнечных парусов

Post by StrangerR »

Олег Иванов wrote: В чем смысл этих солнечноветровых экспериментов, кроме как потешить амбиции и самолюбие? Или может я чего-то не понял? Или неправильно сделал оценки? Каковы вообще параметры современных солнечных парусов
Сразу видно что вы не читали книжку 60-х _в небе завтрашнего дня_.

Смысл простой. В космосе нет сопротивления воздуха. И для разгона скажем на 10 км в секунду - нужно или разгоняться с большим ускорением 10 минут, или с небольшим - три месяца. Смысл парусам - в том что можно бесконечно долго ускоряться используя солнечный ветер (бесплатный по сути), а уж времени в космосе более чем достаточно... месяцы и годы.

Return to “Наука и Жизнь”