Электростатический парус.

[Татарин]

Пусть нам нужно придать некоему аппарату очень большую ХС в направлении от Солнца.

Аппарат, выйдя в космос, первым делом раскидывает вокруг себя сеть из алюминиевых проволочек (но лучше, конечно, нанотрубки правильной толщины и хиральности - проводящие). Дли-инные проволочки. Очень тонкие и лёгкие, но длинные. Порядка километров -десятка км (при массе проволочки в единицы-десятки миллиграмм на метр - более чем реально).
Дальше аппарат включает простую, дубовую электронную пушку/ускоритель кэВ так на 20-30 и пару миллиампер (как в кинескопе), запитанную от какого-нибудь приличного долговременного источника энергии (РИТЭГ или СБ). Немного и надо-то - пару десятков ватт.

Что происходит?
Пушка выкидывает электроны и даёт положительный заряд на... нет, не корпус аппарата, тот изолирован... а на раскинутой сетке. Сетка приобретает положительный потенциал в те самые 20-30кВ.
Что это значит? Это значит, что ионы солнечного ветра начинают эффективно от неё отталкиваться, передавая сетке (а значит, и аппарату) свой (по-хорошему - ещё и удвоенный) импульс.
Электроны, конечно, будут напротив - с ускорением на эту сетку лететь, опять же отдавая сетке свой импульс (замечу, что рентген будет генериться где-то там, очень далеко от аппарата).

Десяток проволочек-радиусов создаёт конфигурацию электрического поля, надёжно "отлавливающую" солнечный ветер на всей площади окружности. Мы получаем парус с площадью в сотни квадратных километров ценою считаных килограмм!
Да, давление солнечного ветра в несколько тысяч раз меньше даже давления солнечного света. Но позвольте, джентельмены, площади-то какие! И очень недорого.

Чисто прикидочно: 1м2 на орбите Земли за секунду даёт импульс порядка 10Е-10кг/м*с, то есть движущая аппарат сила - порядка 1Е-9Н. 300км2 (десять километров проволочки) будет разгонять аппарат с силой порядка десятых-единиц Н. Это при бесконечном УИ, мощности в единицы-десятки кВт и массе ДУ в единицы-десятки кило. Это много лучше, чем любые существующие или проектируемые ионные двигатели!

А 10км проволока, несмотря на "эпические" размеры - не является чем-то сверхъестественным или требующим какой-то запредельной технологии. Обычный ПЭВ-0.05 при массе бобины в несколько кило имеет такую длину, а там довольно много весит ненужный нам лак, да и медь - металл тяжёлый, если не сказать больше.

Конечно, может возникнуть вопрос: а потянут ли тонкие проволочки токи в несколько мА (и мощности порядка кВт) в чистом вакууме, только с радиационным охлаждением? да ещё и будучи облучаемы быстрыми электронами?
Ну так джентельмены, я ж стратегией занимаюсь...

П.С. ...но прикидки говорят, что вполне. Равновесная температура в сотни К вполне приемлима.
П.П.С. ...а эволюция идеи приводит к использованию в качестве эмиттера электронов какого-нить бета-активного материала навроде стронция-90 (удобно совмещается мощный источник энергии,  электронная пушка и проводник).

А?

[Fakir]

Десяток проволочек-радиусов создаёт конфигурацию электрического поля, надёжно "отлавливающую" солнечный ветер на всей площади окружности. Мы получаем парус с площадью в сотни квадратных километров ценою считаных килограмм!
Да, давление солнечного ветра в несколько тысяч раз меньше даже давления солнечного света. Но позвольте, джентельмены, площади-то какие! И очень недорого.

Цветом выделил наиболее узкое навскидку место.
Боюсь, просто чудовищно узкое...

Десяток радиальных проволочек создаст конфигурацию, как-то снимающую импульс с площади... ну фиг знает какой точно там получится поперечный размер - может, сантиметр, может, аж двадцать, но даже до метра вряд ли дотянет. То есть надо посчитать по-хорошему, но навскидку - порядка десятка сантиметров хорошо если получится.
То есть никакой не круг, а лишь десяток кполос пусть даже метровой ширины - что уже саавсем другой компот.

[Agent]

А возможно ли этим самым полем как удерживать геометрию сетки? Ну и развернуть соббсно....
Иначе придется для жесткости нечто использовать. 10км - это много.

[Татарин]

То есть надо посчитать по-хорошему, но навскидку - порядка десятка сантиметров хорошо если получится.
То есть никакой не круг, а лишь десяток кполос пусть даже метровой ширины - что уже саавсем другой компот.

Почему "метровой"? Ты картинку итогового поля-то - нарисуй.

Двадцатикилометровой, на самом деле. Протон, подлетая к сетке, на расстоянии 20км не будет чувствовать то, что она "дырявая". А вот заряд будет чувствовать прекрасно. Если по какой-то непонятной причине не веришь, что так оно и будет, посмотри на сетки радиоламп: оне ваще напрочь дырявые. По твоей логике электроны должны в дырочки свистеть, не обращая внимания на запирающий (к примеру) потенциал. Опыт же радиотехники говорит об обратном.

[Татарин]

А возможно ли этим самым полем как удерживать геометрию сетки? Ну и развернуть соббсно....
Иначе придется для жесткости нечто использовать. 10км - это много.

Оно и будет удерживаться полем. Как-то. Зарядам выгодно максимально "развернуть" поверхность.
Не уверен, что этого будет достаточно (слишком копеечные силы), но это играет в плюс. Разворачивать же и удерживать конструкцию можно простой центробежной силой - при таких размерах достаточно одного оборота аппарата вокруг оси в несколько часов.

В чём и прелесть: не нужно не испытаных сверхтехнологий (сверхтонкие плёнки, сверхсложная "распаковка") для реализации конструкции паруса. Выкинул в космос проволоку, придал момент импульса... а дальше - само пойдёт разматываться. Надёжность - соответсвенно.

[Fakir]

Вот именно-с - всё зависит от соотношения характерных масштабов.
Для радиолампы и прочей электроники оно совсем не то, что для твоего паруса.

Мы тут будем иметь по сути классическое кулоновское рассеивание - то есть некий аналог формулы Резерфорда для сечения, с поправкой на то, что точечный заряд будет рассеиваться не на точечном заряде, а на заряде протяжённом.
И от этого не стоит ожидать хорошего отражения, совсем не стоит.

Да, с очень большого расстояния протон будет "ощущать" твою сеть как единый цельный заряд - ну так радости с того? На тех расстояниях он "отдаст" ничтожную долю импульса, а как ближе подлетит - тут-то всё и рассмотрит И между спицами юркнет, их толком и не заметив.

[Бродяга]

А куда вообще деваются электроны от тех ионов солнечного ветра?
 Они что, куда-то таинственно исчезают?

[Татарин]

Мы тут будем иметь по сути классическое кулоновское рассеивание - то есть некий аналог формулы Резерфорда для сечения, с поправкой на то, что точечный заряд будет рассеиваться не на точечном заряде, а на заряде протяжённом.

Ну да. Не Карпов, а Рабинович, и не в шахматы, а в домино... но формула аналогичная, пусть даже и не выиграл, а проиграл.

Представь себе заряд, размазаный по бесконечной плоскости. Как ведут себя линии силового поля? А как ведёт себя потенциал?
Размер - именно что тут имеет значение. Чем больше сетка - тем дальше протон начнёт серьёзно отдавать ей свой импульс.

Да, с очень большого расстояния протон будет "ощущать" твою сеть как единый цельный заряд - ну так радости с того? На тех расстояниях он "отдаст" ничтожную долю импульса, а как ближе подлетит - тут-то всё и рассмотрит И между спицами юркнет, их толком и не заметив.

Представь себе систему из трёх зарядов на плоскости: два "сетку" (расстояние между ними назовём а), один - подлетающий протон (на расстоянии r). И рассмотри поведение силы, действующей на протон в зависимости от соотношения r/a.
И всё станет совершенно прозрачно.

[Татарин]

А куда вообще деваются электроны от тех ионов солнечного ветра?
 Они что, куда-то таинственно исчезают?

Нет, прозаично и буднично долбят в сетку, стараясь скомпенсировать заряд.
Мы их прозаично и буднично тащим из сетки за счёт внешней энергии и за счёт той же энергии выплёвываем пушкой нафиг, поддерживая заряд. На это уходит энергия. Движитель - не бесплатный.

[Бродяга]

А электроны, "что выкинули" не вернутся обратно на сетку?

 Кроме того, почему вы считаете, что заряд вообще распределится равномерно по этим нитям?

[Татарин]

А электроны, "что выкинули" не вернутся обратно на сетку?

 Кроме того, почему вы считаете, что заряд вообще распределится равномерно по этим нитям?

Если придать им энергию больше потенциала сетки - то нет.

Ну вот как-то так заведено в этом мире, что система стремится к минимуму энергии. Мы уже жаловались на это в высшие инстанции... но никаких пока  результатов.
Одноимённым зарядам энергетически  выгодно занимать конфигурацию, в которой они максимально удалены друг от друга.

[Fakir]

Представь себе заряд, размазаный по бесконечной плоскости. Как ведут себя линии силового поля?

Именно, что если размазать по бесконечной плоскости - будет несколько по-другому

Плюс тут лучше тогда так посмотреть (если бы ты размазал) - взять некоторое (определяемое зарядом, к-й ты сообщишь сетке) число рассеивающих центров, посчитать для единичного центра честное резерфордовское сечение (ну... по-хорошему, надо не просто сечение, а выводить "с нуля" с учётом зависимости переданной доли импульса от угла рассеяния или прицельного параметра), и "перемножить" на число рассеивающих центров (постаравшись учесть "перекрытие", к-е, впрочем, должно быть небольшим - уж если ты размажешь всё равномерно, так точно оно пренебрежимо).
Кстати, в таком же русле можно поступить и для радиальных спиц.

Размер - именно что тут имеет значение. Чем больше сетка - тем дальше протон начнёт серьёзно отдавать ей свой импульс.

Угумс. Но это если сетка "частая".
А у тебя - совсем-совсем не сетка.

На тех расстояниях, на к-х протоны ветра мало-мальски ощутимо с нею взаимодействуют - настолько не сетка, что телефонная линия на столбах на сачок для бабочек и то больше похожа

Представь себе систему из трёх зарядов на плоскости: два "сетку" (расстояние между ними назовём а), один - подлетающий протон (на расстоянии r). И рассмотри поведение силы, действующей на протон в зависимости от соотношения r/a.
И всё станет совершенно прозрачно.

Да хоть бы и так.
И становится совершенно прозрачно и в этом случае - если расстояние велико, а протон ветра налетает точно посередине (тут это наиболее наглядно), то он передаёт тем двум ничтожно малую долю импульса.
Если речь о километрах - а у тебя речь именно о них - то об этой доле и говорить как-то неловко
Если же расстояние поменьше, или же налетающий заряд пролетает поближе к одному из твоих двух - то да, может рассеяться уже более заметно, некую часть импульса передаст. Это на достаточно небольшом расстоянии.
Отразится не на 180, а хотя бы просто в обратную сторону (а не просто отклонится) - на еще меньшем расстоянии.

[Бродяга]

Одноимённым зарядам энергетически  выгодно занимать конфигурацию, в которой они максимально удалены друг от друга.

Что-то мне кажется, заряды скапливаются на концах игольчатых предметов...

[dan14444]

ПМСМ всё упирается в заряд. Теоретически даже очень редкая сетка может чего-нить рассеять, если заряд достаточно большой. Но вот выдержит ли она таковой чисто механически, не говоря уж о всём остальном - сильно сомневаюсь...
Ну и пушка понадобится с энергией, намноого превосходящей солнечный ветер - иначе всё обратно вернётся...

[Saul]

Сделать бы конструкцию с геометрией снежинки, да с неё размотать солнечный парус из плёнки армированной нанотрубками, да ещё и потенциал подать.
 Пора выбивать грант из "рыжика".

[Макар]

А куда вообще деваются электроны от тех ионов солнечного ветра?
 Они что, куда-то таинственно исчезают?

Верно, беря в учет и наличие электронов то нужный эффект (в нужном направлении) будет лишь при малых напряжениях.
При больших же когда скорости электронов достигнут С и упрутся в их растущею массу, а сила, действующая на единицу заряда у нас одинакова. То тяга может пойти в обратном направлении т.к. электроны, летящие от солнца имеют большую скорость относительно аппарата и быстрей достигнут своего релятивистского упора.

[Chilik]

Электростатическая схема мне не нравится, но спорить лениво.
Один комментарий: давайте играть честно. Если рисуем систему - то рисуем её согласованно. Итак, придумали охрененно большое электростатическое зеркало, чтобы получить приличную тягу. Тяга - это сила. Каким образом она на КК передаётся? Через микронного диаметра многокилометровые чудо-нанотрубки? Кто этим проволочкам схлопнуться мешает? Или ферменную конструкцию городим 10-километровую? Всё, с массой приплыли. Теперь даже неинтересно обсуждать вопросы устойчивости системы к разным гадостям типа попадания микрометеорита в нитку.

[поверхностный]

А мне наоборот , очень понравилась идея электростатического развертывания. Даже от небольшого напряжения конструкция встанет дыбом. Для простого солнечного паруса это просто находка, гораздо лучше, чем центробежное раскрытие.

Вопрос по физике. Если энергия протонов чуть больше, чем надо, они сначала затормозятся, потом пройдут через сетку, а потом разгонятся опять этим же полем?

[Хомяк]

Сделать бы конструкцию с геометрией снежинки, да с неё размотать солнечный парус из плёнки армированной нанотрубками, да ещё и потенциал подать.
 Пора выбивать грант из "рыжика".

А как это выбивать грант из "рыжика", научите!

То, что вы предлагаете я называю "беталёт" и вы при расчётах не должны забывать о выпущенные вами из пушки электронах - они создадут о"ёмный заряд и будут влиять на всю картину взаимодействия солнечного ветра и паруса.

[Chilik]

Вопрос по физике. Если энергия протонов чуть больше, чем надо, они сначала затормозятся, потом пройдут через сетку, а потом разгонятся опять этим же полем?

Да (*). И при этом за редким исключением ещё и изменят направление вектора скорости. Есть на самом деле ещё много других интересных тонкостей с работой движущейся электростатической системы, но всё в итоге упирается в устойчивость и стабильность конструкции. Плюс гипероптимизм по поводу выноса потенциала наружу. В одномерной задаче (проволочки далеко от КК) электрическое поле спадает как "единица на эр", в качестве характерного масштаба надо брать радиус проволочки. Ага, тот самый микрон. Два микрона - поле в два раза упало, миллиметр - в тысячу раз. Про метры уже молчу. С потенциалом сложнее, там логарифм расстояния получается, что тоже не очень весело.

(*) Строго говоря, этот ответ неправилен. Он справедлив для покоящейся электростатической системы. В движении разное бывает. Простейший близкий пример - гравитационные маневры у планет, для неподвижных планет изменения модуля скорости КК не было бы.