Инженерные вопросы межзвездных перелетов

[gans3]

Дело в том, что поток налетающих протонов будет не только испарять вещество, но и создавать вдоль треков в нём различные повреждения (разрывы химических связей, дислокации в кристаллах и т.д.) причём намного эффективнее, по сравнению с испарением.
И важно, что дальше с этими повреждениями будет происходить.
.....
Думаю, что наноструктурным материалам (а все они термодинамически нестабильны) – в парусе, подвергающемся большим дозам облучения – не место.

Чем больше я читаю про парус, тем больше мне нравится пушка.
При пушечном залпе весь этот ужас надо преодолевать только при торможении. Опять же КПД на порядок лучше - вся энергия пойдет на разгон.
По моему уже достаточно фактов привел Алекс, чтобы убедится - цельность паруса будет нарушена раньше, чем он должен продержатся.
Пока сложилась такая идея: После разгона до 0,001с зонд начнет усиленно ионизироваться в пролетной среде Выбитое вещество образует вокруг него облако, увеличивающеся с ростом скорости и временем. Как бы его (это облако) к делу приспособить. Какая доля вещества будет безвозвратно потеряна, какая наоборт захвачена, а какая останется. То, что статика, наведенная скоростным "обстрелом" удержит такое облако - это не вопрос.Какая форма корабля и материал корпуса это поддержит - интересно.

[Alex_Semenov]

Чем больше я читаю про парус, тем больше мне нравится пушка. При пушечном залпе весь этот ужас надо преодолевать только при торможении. Опять же КПД на порядок лучше - вся энергия пойдет на разгон.
По моему уже достаточно фактов привел Алекс, чтобы убедится - цельность паруса будет нарушена раньше, чем он должен продержатся.

Ганс, это потому что вы "не читаете" про пушку. Стали бы читать о пушке – вам она тоже перестала бы нравится.
Пока ваша пушка – это, пардон, мысль выковырянная из носа. Простейший расчет показывает: вам нужен ствол в 4 миллиона километров (при снаряде "Краснополь") для 0.1С и мощная батарея ядерно-взрывных генераторов тока суммарной мощностью более 200 МТ (для 1 т корабля) или что-то эквивалентное. Я знаю, вы хотите сделать короче ствол, увеличив ускорение. Может быть эта  идея и пройдет. Но вы должны обосновать это. То есть как-то показать, что ваша ПН (полезная нагрузка) выдержит такие перегрузки. Допустим вы это сделаете (хотя не сделали ж!). Но AlexV вам пытался что-то сказать о электродинамике процесса в рельсотроне пару страниц назад. Обратили внимание? То есть ускорение – не единственная проблема с которой вы столкнетесь развивая эту идею. Значит вы должны вникнуть в особенности работы рельсотрона. Прикинуть токи, поля при выбранных вами параметрах (ускорении, массе). Вы это сделали? Хотя бы на пальцах оценили реальность параметров на которые рассчитываете. Нет.  Так что вам в этой пушке нравится?
А вдруг простейший расчет покажет, что больше некоторого  g<< g_необходимого вам, вы физически не сможете даже килограммовый снаряд разогнать. Из-за ограничений свойств любых самых лучших материалов? И что тогда?
Но уверен. Даже если для этого всего решение найдется, вы встанете перед новыми проблемами...
Любая идея в процессе ее обдумывания сталкивается с массой сложностей. И любая рискует стать для идеи смертельной. Большая часть идей гибнет еще на стадии приблизительного анализа. Ваша пушка пока его не прошла. Парус приблизительный анализ уже прошел. То что здесь обсуждается – это уже чуть (не намного) но глубже. Естественно появляются НОВЫЕ ранее незаметные проблемы.  Появляются лавиной. Естественно, в борьбе с ними сужается спектр ожидаемых первоначально решений. Естественно рассеиваются некоторые надежды. Естественно ужесточаются требования. Но вопрос: остается ли "свет в конце туннеля"?  То есть надежда все же свести некую вменяемую систему есть?
Для парусов она все еще есть.
Но сравнивать уже более мение взвешенный парус с пушкой, где конь не валялся – совершенно некорректно.
Ганс подумайте. Звездолет (пусковая система) – это устройство которое запускается с экстремальной скоростью. То есть машина приближающаяся по этому параметру к одному из физических приделов мироздания. Она не может быть, ни простой, ни дешевой.  Это экстремальная машина. И мы пытаемся увидеть ее смутные контуры. Можно выковырять массу идей. Но хотя вы в формулах школьной физики они должны ожить, обрести вес.
А браковать паруса пока рано.
Есть проблемы. Есть и будут. Но пока несмертельные.
Да и шансы оказаться лучшим решением у него тоже ве еще большие.

Пока сложилась такая идея: После разгона до 0,001с зонд начнет усиленно ионизироваться в пролетной среде Выбитое вещество образует вокруг него облако, увеличивающеся с ростом скорости и временем. Как бы его (это облако) к делу приспособить. Какая доля вещества будет безвозвратно потеряна, какая наоборт захвачена, а какая останется. То, что статика, наведенная скоростным "обстрелом" удержит такое облако - это не вопрос.Какая форма корабля и материал корпуса это поддержит - интересно.

То есть вам хочется обсудить эту идею? Честно говоря, я даже не знаю как к ней пока подступиться. В смысле хоть как-то "укусить" ее хот каким-то расчетом.  
И подозреваю, что если вы этого не сделаете (хотя бы первый шаг) то этого не сделает никто.

[AlexV]

То, что статика, наведенная скоростным "обстрелом" удержит такое облако - это не вопрос.

А что она будет удерживать? Положительно заряженные ионы? Или нейтральные атомы? Атомы, конечно, будут слегка притягиваться к заряженному парусу, но энергия этого притяжения будет очень невелика U = a*E^2/2, a – поляризуемость атома, E – напряжённость электрического поля. E~fi/R, fi – потенциал паруса, R – характерный размер паруса. Потенциал паруса при 0,1с заведомо будет ниже, чем 10 кВ (10кэВ – максимальная энергия эмитируемых под действием протонов с такими скоростями электронов). R ~ 1000м.
Поляризуемость атомов a~10^-22 эВ*м^2/В^2. И получаем, что энергия притяжения атомов к парусу только около 10^-20 эВ. Т.е. они удерживаться тоже с гарантией не будут. (энергия эмитируемых атомов обычно больше 1 эВ).

Единственно, что вокруг паруса будет разреженное облако из электронного газа. Чем оно может помочь – не знаю.

[gans3]

То, что статика, наведенная скоростным "обстрелом" удержит такое облако - это не вопрос.

А что она будет удерживать? Положительно заряженные ионы? Или нейтральные атомы? Атомы, конечно, будут слегка притягиваться к заряженному парусу, но энергия этого притяжения будет очень невелика U = a*E^2/2, a – поляризуемость атома, E – напряжённость электрического поля. E~fi/R, fi – потенциал паруса, R – характерный размер паруса. Потенциал паруса при 0,1с заведомо будет ниже, чем 10 кВ (10кэВ – максимальная энергия эмитируемых под действием протонов с такими скоростями электронов). R ~ 1000м.
Поляризуемость атомов a~10^-22 эВ*м^2/В^2. И получаем, что энергия притяжения атомов к парусу только около 10^-20 эВ. Т.е. они удерживаться тоже с гарантией не будут. (энергия эмитируемых атомов обычно больше 1 эВ).

Единственно, что вокруг паруса будет разреженное облако из электронного газа. Чем оно может помочь – не знаю.

Давайте определимся, что есть "пушка" и что есть "парус".
Гуманитарно можно столько идей накидать... .  Бессмысленность таких идей чуствует только отвечающий про и зх бессмысленность. Задающему - это недоступно ибо он их потому и задал... .
Итак "Пушка" - это истройство передающее разгоняемому предмету большую часть своей энергии.
Парус - собственно устройство , собирающее рассеяную энергию.
Значит, если вы разгоняете минкроволновым лучом сетку из вольфрама - это "пушка". Ну неэкономичная такая.
А "парус"- это развертывание дестки нанометрового толщиной листа вольфрама в хромосфере Солнца. Без внешнего привода.
Почему я против паруса в данном определении - плотность частиц среды максимальна вблизи максимальной концентрации энергии. Что обесценивает "твердый парус".
Длина микроволновой "пушки" по новому определению составит многие миллионы километров.  :-P
У разгона с помощью микроволн по сетке выведено Алексом ограничение сверху по допустимому ускорению. Диаметр приемника (давайте его так называть в отличие от паруса) микроволн тоже ограничена снизу.
Теперь Тризовская задачка: где взять разгонник, который
1) не требователен к размеру
2) дальнодейственнен как микроволновик
3) Не будет наводить токи , как рельсотрон
 Пока я вижу старую идею с Авиабазы - линейка бомболазеров, которые отстреливаются лучом по пролетающему рядом с ними зонду. Мишень на зонде испаряется лазерами и вылетающие при этом из параболического углубления молекулы служат рабочим телом. То есть "внешний двигатель", но скорость истечения маловата. и рабочее тело разгонять... .
Можно поиграть отношением  - мощность лазеробомб/площадь мишени, может удастся обойтись зеркальцем, но тогда длина разгона увеличивается.

Что касается удержания "подушки" перед зондом. Конечно одной статики не хватит. НО. Магнитный "парус", то есть тормоз. Петля с током эти заряженные частицы весело закрутит. Мало энергетичные - захватит, нейтральные ионизирует, высокоэнергетичные отклонит(ну некоторые).

[Alex_Semenov]

Данная методика – для сплошного паруса. Но, в случае, когда размер ячейки много меньше длинны волны излучения, её несложно модифицировать и для сетки.

И это все мне?!!! Спасибо!!!! (радостно бегаю теряя все из рук...)
Я с перепугу или от радости забыл что с мнимой еденицей-то  делать!?... Но вспомнил...
Тензоры... "знаем, плавали" (с)... Но уверен- вспомню.
Первая мысль. Чего бы еще попросить у этого "волшебника"? Судорожно вспоминаю что меня мучило, но уровень понимания физики вообще и  волновой механики в частности не пускали к прозрению... Ага!... но это отдельно...
Еще раз искреннее спасибо. Попробую сегодня вечером сесть и разобраться. Сравню с теми крохами, что у меня есть "с запада". Возможно, возникнут дурацкие вопросы.

При более сложной топологии проволок тензор эффективной проводимости может иметь более сложную структуру и в этом случае надо решать задачу о отражении ЭМ-волны от анизотропной среды, это решение будет выгладить несколько сложнее, представленного выше решения задачи о отражении от однородной среды.

Прямоугольная сетка (насколько понял она же изотропна ибо повернутая на 90 гр не меняет свойств) конечно хорошо... Но если и жаждать  скрупулезного анализа для какой-то сетки, то конечно же это "гексогональной". Так везде ее называют. Но на самом деле это треугольная сеть.  У нее ячейка – равнобедренный треугольник. Здесь вот вариант В:



Именно такую форму сетки использовал Форвард для "starwispa", а следом за ним и все остальные.  Насколько я понимаю это наиболее выгодная в отношении прочность/масса конфигурация (вспомните металлоконструкции мостов, башен, силовых ферм).

AlexV, я не думаю что на нашем уровне оценок учет формы ячеек отражающей сетки будет иметь такое огромное значение. Я полагаю главные параметры: шаг сетки,  толщина провода ну и разумеется свойства материал (его проводимость и рабочая температура). То есть достаточно знать оценку погрешности нашего упрощения.
Или нет?
Вы можете оценить величину погрешности такой аппроксимации если:

1) Мы будем считать парус как сплошную металлическую поверхность толщиной = диаметр провода (а шаг сетки у нас ~ 1/10 от длинны волны)

2) Если отражающие свойства произвольной сетки мы аппроксимируем свойствами прямоугольной сетки.
??

Спасибо еще раз! Я пробовал как-то искать ЭТО но не достаточно настойчиво.... Электродиманика, к стыду, для меня достаточно дремучий лес...

[Alex_Semenov]

Своего рода барьер (кстати, кто-нибудь о нем когда-нибудь упоминал? Или мы на него с дуру наткнулись первые?)

Существуют эмпирические зависимости коэффициента распыления от энергии. При энергии E > 1кэВ можно пользоваться зависимостью (это одно из встречающихся в литературе эмпирических соотношений для этой величины):

S = S0*sqrt(E/E0)/(1 + E/E0), где S0, E0 – функции плотности мишени, заряда ионов вещества и налетающей частицы и их масс.
В принципе могу выложить зависимости полностью, но они достаточно громоздкие.

Если не тяжело – давайте! Может и пригодиться. И как далеко эта эмпирика простирается (по шкале энергий?)
Если я вас правильно понял, то речь идет о пике. Я вот быстренько на "умклайдеде" подобрал для вашей формулы красивую картинку.



Пик. Вы это имели в виду?
Но сразу же вопрос. Это же без учета толщины листа, я так понимаю?
То есть мишень очень толстая а распыление происходит с одной стороны. Так?

P.S. Ни кто не знает, как можно прикреплять к сообщению файлы со своего компьютера, а не из интернета?

Насколько я знаю здесь, на этом форуме такого сервиса нет. Во всяком случае он бы бросался в глаза сразу. На других форумах, где он есть, далеко лазить не надо. Но если я не прав - поправляей.
А зачем вам именно здесь?
Я лично пользуюсь http://ljplus.ru/. Там дают 100 М на халявные картинки. Можно навсегда помещать можно на время с автоматическим удалением. Единственное неудобство – нужно зарегистрить себе ЖЖ  под этим же именем. Я сделал пустой журнал на sem123: http://sem123.livejournal.com/.
Вообще то я туда кроме картинок ничего не ложил. Не было нужды. Но почему-то уверен, что запихнуть в этот мусоросборник можно все что угодно. И доступ туда надежный.
Другой подход - на том же www.narod.ru тоже нынче дают по 100М. Четыре щелчка и сайт-пустышка готов. Обновлять его не надо а мегобайты шарового пространства - в вашем распоряжении. Доступ тута, кстати, можно и по фтп себе организовать.
"Все что не запрещено  - разрешено!"
Есть и более прямые способы. Просто я в них не нуждался. Знаю люди пользуются.

[Alex_Semenov]

Собственно мне кажется, что для микроволнового паруса – это наименее подходящий материал.
1) Углеродные материалы имеют относительно низкую проводимость.

Гм...
Во всяком случае Лендис в 2000-м году (кажется) пересчитал "starwisp" Форварда с учетом что алюминиевая паутина имеет сопротивление и достаточно сильно нагрета (Форвард предположил в своих расчетах сверхпроводимость (сопротивление =0!) которая скорей всего и не будет провялятся в случае микроволн) и получил из нового расчета просто смешные цифры. Надо искать источник.... но  почти вся энергия луча, получалось, пролетала насквозь. Поэтому Лендис пересчитал модернизированный "starwisp". Увеличил массу, толщину проволоки, снизил диаметр, ускорение (у Форварда планировалось 115 g!) увеличил мощность излучателя с 10 до 65 GW. Но самое главное. В качестве материала он заложил графит!
Еще. Американцы ставили эксперименты с микроволнами и парусами в камере и в этих экспериментах использовалась (насколько я понял по фото) хаотичная графитовая сетка.
Может все дело в том, что у графита высокая рабочая температура и низкая атомарная масса?  

2) Если же говорить о нанотрубках – то они термодинамически нестабильны. А для паруса – это очень плохо.
<Скип>
Думаю, что наноструктурным материалам (а все они термодинамически нестабильны) – в парусе, подвергающемся большим дозам облучения – не место.

Почему-то ваше разъяснение мне не кажется откровением. То есть "я так и думал".
Списали модные нанотрубки. Вообще нано в открытом космосе, как я понял, жить не будет...

Дело в том, что поток налетающих протонов будет не только испарять вещество, но и создавать вдоль треков в нём различные повреждения (разрывы химических связей, дислокации в кристаллах и т.д.) причём намного эффективнее, по сравнению с испарением.
И важно, что дальше с этими повреждениями будет происходить.
В металлах (особенно чистых металлах, в сплавах могут происходить в результате облучения всякие неприятные вещи, типа образования довольно устойчивых кластеров атомов одного из компонент, что сильно влияет на его механические свойства) дислокации(когда их концентрация превысит равновесную для данной температуры) – термодинамически невыгодны и при высоких температурах будут довольно быстро исчезать.

То есть нужно ориентироваться именно на чистые металлы (как можно более правильные кристалические решетки).
С парусами вроде это нормально.
А вот соленоиды из всякого рода высокотемпературных сверхпроводников-пленок. Это – очень хитрые сплавы. Что получается? Им труба на больших скоростях?
А ведь очень многие МП идеи без сверхпроводимости не полетят! Тот же термоядерный двигатель, например. Пресоловутая анигиляционная ракета - тоже. Меня же беспокоит судьба соленоида магнитного парашюта...
Безнадега?

[Alex_Semenov]

AlexV, для вас вопрос, который хочется узнать у "волшебника, знающего все".
Он меня мучает уже давно.
О зонной пластинке Френеля.
Или линзе О'Мера
Механизм фокусирования волн с помощью затемняющих колец широко и много описан на разных сайтах сети.
Насколько я понял простая зонная пластинка фокусирует только половину света, попадающую на нее. То есть просто непрозрачные кольца, помимо фокусировки света,  отражают или поглощают половину потока.
Чтобы сфокусировать и вторую половину потока надо пропустить его через непрозрачные кольца сдвинув фазу на пи().
Как это сделать с видимым светом – ясно. "Непрозрачные" кольца надо сделать из прозрачного материала такой толщины и с таким преломлением (скоростью распространения в ней света) чтобы  волновой фронт, проходя  внутри кольца, опаздывал ровно на пол фазы по отношению к волновому фронту идущему через вакуум. И для видимого света такая сдвигающая фазу  среда будет тонкой пленкой (ей еще и сечение желательно придать хитрое. На рисунке ниже – крайня справа...)



Но, что делать с тонкой микроволновой линзой? Если микроволновая линза просто состоит из непрозначных ажурных колец-сеток и (естественно) вакуумных промежутков, то в ней будет теряться половина мощности луча. Это просто зонная пластинка. Не совсем линза.  Надо бы и в непрозрачных кольцах сдвигать фазу микроволн на пол периода. Тогда устройство будет эффективным. Но как это сделать на тонкой сеточной конструкции?
Существует ли решение этой проблемы для микроволн?

[Chilik]

Существует ли решение этой проблемы для микроволн?

Какой этой? Вам же не нужна преломляющая линза. Вам нужно отражающее зеркало. В микроволновом диапазоне зеркало называется антенной. Как выглядит - видно на любом фото военного радара сантиметрового или дециметрового диапазона. Таки да, кусок параболы с дырочками.
А по теме вопроса - в микроволновом диапазоне тоже есть линзы (в обычном, оптическом смысле слова). Например, выточенные из куска тефлона.

[gans3]

Существует ли решение этой проблемы для микроволн?

Какой этой? Вам же не нужна преломляющая линза. Вам нужно отражающее зеркало. В микроволновом диапазоне зеркало называется антенной. Как выглядит - видно на любом фото военного радара сантиметрового или дециметрового диапазона. Таки да, кусок параболы с дырочками.
А по теме вопроса - в микроволновом диапазоне тоже есть линзы (в обычном, оптическом смысле слова). Например, выточенные из куска тефлона.

До того , как микроволна попала в зеркало, надо ее сначала сфокусировать в линзе от источника. А линза из тефлона как-то в космосе не смотрится, особенно гектокилометровых размеров :-)

[AlexV]

AlexV, я не думаю что на нашем уровне оценок учет формы ячеек отражающей сетки будет иметь такое огромное значение. Я полагаю главные параметры: шаг сетки, толщина провода ну и разумеется свойства материал (его проводимость и рабочая температура). То есть достаточно знать оценку погрешности нашего упрощения.
Или нет?

Вы можете оценить величину погрешности такой аппроксимации если:

1) Мы будем считать парус как сплошную металлическую поверхность толщиной = диаметр провода (а шаг сетки у нас ~ 1/10 от длинны волны)

2) Если отражающие свойства произвольной сетки мы аппроксимируем свойствами прямоугольной сетки.

Зависимость будет.  Однако для гексогональной сетки, если я нигде не допустил ошибки, xx – компонента эффективной проводимости будет s(x,x) = 5/(2*sqrt(3)) = 1.44 , а s(y,y) = 1.5. Т.е. s(x,x)~s(y,y). А если учесть, что погрешность подхода ~h/l, h – характерный размер неоднородностей, l – длинна волны, т.е. ~10%, то этим различием вообще можно пренебречь.  

Т.е. для расчёта гексогональной сетки можно выбрать эффективные параметры(r – радиус проволоки, D – шаг, т.е. длинна стороны треугольника в сетке):
Толщина: x` = sqrt(pi)*r
Проводимость s` = 1.5*s*sqrt(pi)*r/D
Плотность: ro` = 2*ro*sqrt(3*pi)*r/D
Коэффициент излучения: e` = 2*e*pi*sqrt(3)*r/D

При естественных ограничениях: r<

А вот соленоиды из всякого рода высокотемпературных сверхпроводников-пленок. Это – очень хитрые сплавы. Что получается? Им труба на больших скоростях?

Их надо экранировать, по крайней мере, от наиболее вредных видов облучения, т.е. протока тяжёлых заряженных частиц, в частности протонов.

Но, что делать с тонкой микроволновой линзой? Если микроволновая линза просто состоит из непрозначных ажурных колец-сеток и (естественно) вакуумных промежутков, то в ней будет теряться половина мощности луча. Это просто зонная пластинка. Не совсем линза. Надо бы и в непрозрачных кольцах сдвигать фазу микроволн на пол периода. Тогда устройство будет эффективным. Но как это сделать на тонкой сеточной конструкции?
Существует ли решение этой проблемы для микроволн?

Это можно сделать, выполнив кольца из диэлектрика. Правда это уже будет не тонкосеточная конструкция.

Вот только зачем вам зонная пластинка? У зонной пластинки есть неприятный недостаток – её фокусное расстояние сильно зависит от длинны волны, т.е. f ~ 1/l. А это накладывает требования на ширину полосы источника излучения.
У параболического зеркала таких проблем нет.

[AlexV]

То есть нужно ориентироваться именно на чистые металлы (как можно более правильные кристалические решетки).

Дело не в решётке. Поскольку материал паруса находится под воздействием высоких доз облучения, то желательно, чтобы его материал удовлетворял критериям:
1)   Находился в термодинамически равновесном состоянии
2)   Время релаксации дефектов, возникающих в процессе облучения должно быть относительно мало

При выполнении этих условий материал сам будет восстанавливать свою микроструктуру после повреждения.

Все чистые металлы при Т>1000 и графит при T > 1500 этим условиям удовлетворяют.

[Alex_Semenov]

AlexV, спасибо за гексагональную сетку. Плотно за вашу математику я вчера так и не уселся (и сегодня не сяду. У  тещи день рождения....) Но клянусь, выложенные вами драгоценности не канут в небытие!!!

По поводу  вопроса о линзе:

Это можно сделать, выполнив кольца из диэлектрика. Правда это уже будет не тонкосеточная конструкция.

Я видимо жутко наглею. Но опять же нельзя ли поподробней? В чем механизм процесса?  Как это решение должно выглядеть в пространстве (картинка какая-нибудь показывающая смысл происходящего с волной?).  Желательно разжевать для профана. Но можно и без поблажек. Попробую разобраться.
Ну и самое главное.
Если закладывать такой механизм в конструкцию линзы, то необходимы  функциональные зависимости, которые бы позволили связать удельную массу таких колец (кг/см2) с длинной волны и естественно со свойствами диэлектрика. Зная линейные параметры колец и их количеств (это то я рассчитаю) можно будет тогда оценить и массу конструкции что бы понять будет ли овчинка стоить выделки?
Но в первую очередь, конечно же необходимо оценить эффективность процесса (опять же от длинны волны, типа диэлектрика, скажем толщины материала...). Ведь процесс потребует платы. Верно? Часть энергии потеряется. Часть поглотится. Значит, нагреет линзу. А мощности проходящие через нее огромные. Значит, поглощенное надо рассеивание по Стефану-Больцману. А некоторые диэлектрики могут и не выдержать. Верно? В общем дабы пальцем в небе не водить, нужно... хорошее знание физики волн. Коего, увы, у некоторых здесь присутствующих нет... Значит нужны х-формулы! ( "Формула! Где формула!!!" (C) реклама дезадоранта)
Не поможете страждущим?

Вот только зачем вам зонная пластинка? У зонной пластинки есть неприятный недостаток – её фокусное расстояние сильно зависит от длинны волны, т.е. f ~ 1/l. А это накладывает требования на ширину полосы источника излучения.
У параболического зеркала таких проблем нет.

Гм..
То есть устройство очень чувств к когерентности источника? (кстати НАСКОЛЬКО параболическая антенна  лучше линзы Френеля в этом смысле?).
Но я полагал, что, так как источником излучения будет мазер, то это не будет столь критично. Я понимаю, что у мазеров спектр излучения тоже имеет некоторую ширину и форму и за его улучшение надо плотить (кпд, габаритами и т.д.). Но я думал, что это не стол уж и критично будет в этом случае, что бы отдавать предпочтение зеркалу.
И так.
Еще одна проблема требующая анализа. То есть мы фактически здесь УЖЕ  забрались в суть проблемы глубже, чем это делается, скажем, корифеями темы  МП на Западе. Тот же Лендис. Во всяком случае мне работы, которые обсуждали бы эту сторону микроволновых парусников в сети не попадались.
...
Зачем мне именно зонная прастинка?
Давайте сделаем так.
Chilik тут недоумевал  зачем вообще она нужна. А так как форум читают не только знатоки физики и проблемы МП ("мы все учились понемногу" (с) ) то видимо  назрела необходимость  выступить в очередной раз с кратким разъяснением азов парусного звездоплавания (ведь никто форумы с начала не читает!).
Там, по ходу, я попробую изложить и мои соображения  почему линза мне кажется лучшим решением, чем зеркало.
Это действительно еще одна инженерная проблема.

ЗЫ
Алекс, вы разобрались как и где можно выкладывать в сеть файла со своего компьютера? Я кажется очень сумбурно вам ответил. Общая идея. Вы используете любой шаровой ресурс предоставляемый вами для вашего сайта или жж или еще чего-то там. Никто не будет контролировать что и зачем вы что-то положили на отведенные вам шаро-мегабайты, и как активно вы развиваете открытый вами проект. Но получив к управлению этими мегабайтами доступ (логин, пароль и у вас есть доступ к соответствующему сервису на хосте) вы закачивает туда любой  файл (не думаю, что вы будете выкладывать громадного размера видеоролики), который автоматически получает адрес (ссылку) в сети  через которую он становится доступным напрямую всем отовсюду в любое время.

[Alex_Semenov]

Я переставлю фразы

А по теме вопроса - в микроволновом диапазоне тоже есть линзы (в обычном, оптическом смысле слова). Например, выточенные из куска тефлона.

Конечно. Но  так как нам нужна очень большая линза, то желательно ее сделать как можно более легкой. Плоская, ажурно-сеточная зонная пластинка будет очень легкой. А вот толстая линза из тефлона – вряд ли.

Какой этой? Вам же не нужна преломляющая линза. Вам нужно отражающее зеркало. В микроволновом диапазоне зеркало называется антенной. Как выглядит - видно на любом фото военного радара сантиметрового или дециметрового диапазона. Таки да, кусок параболы с дырочками.

Понятно но давайте разберемся.
Обычно когда говорят о разгоняемых волнами парусах (сват или радиоволны – не важно) то имеют  в виду систему из трех объектов.

1. Излучатель энергии (создает поток волн)
2. Фокусирующая система (собирает эти волны через гигантское расстояние на парусе)
3. Собственно сам корабль, то есть парус с полезной нагрузкой.

Вот классическая схема от Форварда не раз поминавшегося здесь. "Starwisp"



Излучатель здесь -  "обычная" орбитальная солнечная электростанция, проектов которых в 80-х было у американцев немеренно (и сейчас не мало). Форвард собирался ее развернуть  10 GW-ную антену, обычно направленную на землю (как орбитальную линию электропередач) на некоторое время (буквально на вик-энд!)  в сторону своего  парусника.
Но любой луч имеет расхождение. И апертура излучателя СЭС не позволяла бы направить всю энергию на удаляющийся зонд. Поэтому понадобится линза – гигантская ажурная структура диаметром  50 000 км (!). Для паруса диаметром в  километр и при использовании 30 мм волн другого размера не получается никак. Именно про подобную линзу и речь в моем вопросе для AlexV. Ее реальное положение и  траектория (в данном проекте Форварда) для меня и сейчас остается загадкой. Обсуждения этого вопроса я никогда не встречал. Но, учитывая, что 20 граммовый (!) парусник буквально выстреливался за 15 часов (то есть прямая излучатель->линза->парусник->звезда_цель сохранялась очень короткое время), можно предположить самые разные варианты.
Более тяжелые и мощные парусники имеют куда меньшего диаметра фокусирующей линзы разгоняются дольше и имеют чуть другие проблемы. Пилотируемый, массой 80 000 т "Прометей" (Да и однотипный "Суперстарлайт") из романа Форварда "Мир Роша" (ранняя версия "Полет стрекозы") имея диаметр  паруса 1000 км, был световым (инфракрасный луч разгонял, зеленый – тормозил), а станцией-излучателем служила  огромная система, энергетический колосс, развернутая вокруг Меркурия (1500 ТW мощностью. Но по сравнению со станцией Кларка – сущая безделица). Разгон длился аж 20 лет. Но в этом случае линзы были  скромного диаметра: 100 и 300 км соответственно для разгона и торможения (тормозить Форвард собирался тоже лучом посланным из Солнечной системы. Ниже есть схема  объясняющая как это по идее должно происходить. Хотя первая же статья в архиве публикаций на моем сайте объясняет все эти идеи Форварда более-мение подробно).
Траектория-положение этих линз в пространстве обычно описываемое так: "где-то между Юпитером и Плутоном". Я здесь, на форуме, этот вопрос чуть-чуть обсуждал. Хотя и похабно, но решение изображено приблизительно так:



Подробности смотрите здесь:
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=823&postdays=0&postorder=asc&start=285

Конечно. Не обязательно иметь линзу на прямой между излучателем и парусником. Можно воспользоваться и зеркалом. Вот есть и такая схема именно с зеркалом:



Перевод:
Шаг1. 6 600 мильного диаметра коллектор фокусирует солнечный свет на лазер. Лазер преобразовывает солнечный свет в когерентные волны, огромная энергия которых  перенаправляется зеркалом (mirror)
Шаг 2. Лазерное излучение разгоняет 600 мильного диаметра парус до 22 % от скорости света.
Шаг 3. Приближаясь к цели, парус разделяется на две части, отражает лазерный луч назад и в результате внутренняя секция тормозится.  
Подробности ЭТОГО проекта мне не известны. Все что могу добавить - картинку красивую:



Как видите, здесь нет речи о линзе. Но есть зеркало (не обращаем внимание на шестигранный коллектор – это часть энергосистемы). Неважно, что вы используете зеркало или линзу для фокусировки луча на парус. Все равно апертура (оптический диаметр) фокусирующего узла должен быть огромной, чтобы собрать расходящийся свет через огромное  расстоянии (обычно опускают и тот нюанс что фокусное расстояние в процессе разгона будет меняться, а значит оптика должна быть адаптивной как хрусталик нашего глаза чтобы перемещать фокус на все время  убегающий из него парус).
Я чуть выше давал простую формулу, обусловленную дифракционными свойствами любых волн. Вот более приемлемый ее вид:

То есть линза некоторого минимального диаметра или зеркало - необходимая часть системы. Теперь по поводу почему линза, а не зеркало (вопрос от AlexV да и Chilik) и напращивающийся, почему
фокусирующая система должа быть где-то "между Юпитером и ... концом сыета". Почему нельзя 1 объеденить с 2?

Для микроволн (как и для света) можно было бы использовать и парабалическое зеркало (Chilik я понял что вы поняли...) такого же диаметра (можно даже  плоское зеркало Френеля вспомнить). Любое зеркало тоже тонкая структура, фактически супертелескоп космического базирования,  а учитывая необходимость адаптивной оптики – морока что с линзой что с зеркалом будет почти одинаковая.  То есть может и имело бы смысл использовать зеркало.
НО!
Как быть с  его положением черт знает где от излучателя? Мало того, что в этом случае придется отражать гигантскую энергию под  углами (что не есть хорошо). Но в случае использования зеркала расстояние от паруса до излучателя прийдется значительноувеличить что бы оптика была "где-то между". Если зеркало будет  слишком близко к излучателю (как на картинках выше), то из простых оптических соображений апертура самого излучателя (скажем лазера или мазера), которая в идеале точка, но естественно таковой не будет (а будет иметь некий диаметр d) в фокусе собирающей системы, то есть на парусе, будет иметь  неприемлемо гигантский диаметр D такой что D=d* |LP|/|IL|   где  |IL| - расстояние от излучателя до линзы (зеркала), а |LP| - от линзы (зеркала) до паруса. То есть размер пятна на парусе будет равен апертуре излучателя, если линза строго по середине между ними. Этот идеал не достижим да и абсурден. Но чем дальше линза от излучателя, тем меньше изображение апертуры излучателя на парусе.
На самом деле там ситуация еще сложней. Но давайте сначала с этим разберемся. Необходимость расположения фокусирующей линзы как можно дальше от излучателя вытекает из простой геометрии построения изображения в линзе.
(см например здесь: http://www.enci.ru/%D0%9B%D0%B8%D0%BD%D0%B7%D0%B0)
Поэтому, если излучатель расположен близко к Солнцу (а скорей всего там ему самое  место) то линза выглядит предпочтительней зеркала. Линза где-то на прямом луче излучатель-парус. И при этом вся оптика расположена оптимально по отношению к лучу.
Кроме того, линза Фринеля будет на половине своей площади обладать идеальной прозрачностью (пустые кольца). А зеркало – нет.
Нет, если выяснится что эффективную и легкую линзу для микроволн построить нельзя, тогда придется что-то мудрить с антенной и отрожением лучей.
Но опять же без численного анализа обоих вариантов, взвешивания всех "за" и "против" не получится.

[Alex_Semenov]

О сверхпроводниках (высокотемпературных)

Их надо экранировать, по крайней мере, от наиболее вредных видов облучения, т.е. протока тяжёлых заряженных частиц, в частности протонов.

Легко сказать – экранировать!...

При выполнении этих условий материал сам будет восстанавливать свою микроструктуру после повреждения.
Все чистые металлы при Т>1000 и графит при T > 1500 этим условиям удовлетворяют.

Я понял, о чем речь. Кристаллическая решетка металла это энергетическая яма для молекул. Если их из нее "выкатить", они в результате температурных колебаний назад скатятся.  

Это можно сделать, выполнив кольца из диэлектрика. Правда это уже будет не тонкосеточная конструкция.

Я только теперь понял.
То есть диэлектрик будет работать для микроволн как  стекло для света?
Допустим показатель преломления среды 2 ( фазовая скорость в диэлектрике в два раза меньше). Тогда ширина слоя диэлектрика равна длине волны. 30-3 мм.
Да, толстовато...
Но это решение "в лоб".
А что-нибудь хитрое придумать нельзя? Скажем из двух сеток как-то хитро соединенных... Совершенно тупая ассоциация. В электротехнике фазу "перевернут" – пустить переменный ток через конденсатор. Может здесь возможны в чем-то подобные решения?

[Alex_Semenov]

Последнее на сегодня сообщение от меня.
Посмотрите ссылку, кому интересна проблема микроволновой линзы:

http://www.nanometer.ru/2007/06/15/metamateriali_3578.html

Там есть фраза, мол эта структура из стержней и колец является сплошним материалом для микроволн. То есть это "метаматериал" наподобии нашей сетки (ведь сетка для микроволн тоже сплошная среда). Может именно нечто такое и необходимо для хитрого сдвига фазы волн в кольцах лизны?



А если решать проблему в лоб (все же строить "толстые" кольца) то где бы найти коэфициент преломления микроволн для самых подходящих  диэлектриков?
Как он меняется с увеличением частоты?

[pkl]

1. Несколько парусов, разворачиваемых поочерёдно по мере "истирания" предыдущих.

Конечно. Но что это экономит по сравнению с одним но  более толстым парусом? Масса будет та же, а мороки?  Нет. Возможно смысл и будет. Вот смотрите. Когда пик Брегге выходит из паруса с "той стороны" то "взрыв" происходит как бы на обратной стороне паруса от набегающего потока.  Верно?  Ну помимо того,  что это даст мизерное дополнительное ускорение (я думал даже прямоточку на этом принципе придумать будет и неприятность. Если та сторона - отполированное зеркало паруса. Возможно выход пика Брегге его испортит. Тогда просто ужно проходить пик на одном парусе пускай оно горит ярким пламенем и раскрывать после второй.

Насколько я понял прочитанное, парус будет разлетаться в труху от набегающего потока водорода. Причём толщина не имеет значения /если только мы не собираемся делать его из толстолистовой стали/. Потому и предложил такой вариант.

Но раскрывать парус – ой морока!
Практически нерешаемая!
Ведь его надо раскрутить для стабилизации. А это ой какакя энергия. Да и пленка эта очень капризная. Одно дело придать парусу форму вращение и положение на стартовом стапеле и гнать его пока не отстрелим. Другое – возиться по ходу разгона.

Это еще один повод относиться к микроволновикам с большей симпатией...
У них неровность отражающей поверхности в худшем случае мм.

Почему? Центробежная сила + раскручивающиеся рулоны. А раскрутить можно заранее. Я думаю, развёртывание паруса в межзвёздном пространстве наоборот будет проще. Так как отсутствуют гравитационные и электромагнитные поля от планет, световое давление близкорасположенных звёзд. Да и пространство более "пустое".

2. Как я понимаю, речь выше шла именно о сплошных парусах из листов алюминиевой фольги. Но ведь для микроволнового паруса это необязательно, там достаточно сетки. Не так ли?

Тут нет разницы. Площадь паруса  это вся поверхность обращенная к потоку  и не важно представлена она сплошным полотнищем или состоит из миделей ажурной сетки. Коненчо у сетки площадь поверхности не равна пи-эр-квадрат где эр- радиус паруса. Но говоря о площади излучения тепла и площади подвергающейся потоку протонов как раз  речь идет о площади которая что для сплошных что для сеточных конструкций одинаковая. И рассуждения что для сетки что для сплошного паруса в данном случае идентичны.

Понятно. Тогда облом.

Кстати, я придумал название для проблемы - "водородный барьер". По аналогии со звуковым и световым. Идёт?

[AlexV]

А если решать проблему в лоб (все же строить "толстые" кольца) то где бы найти коэфициент преломления микроволн для самых подходящих диэлектриков?
Как он меняется с увеличением частоты?

В справочной литературе можно найти диэлектрическую и магнитную проницаемость. Коэффициент преломление вычисляется как n = sqrt(mu * epsilon).

Для большинства материалов mu~1, epsilon~ 2 – 10. Однако существуют материалы с диэлектрической проницаемостью epsilon до 20000 (сегнетоэлектрики) и магнитной до 10000 – 20000 (ферриты). Однако делать кольца из материала со сверхвысоким показателем преломления – нежелательно, т.к. они будут отражать почти всё падающее на них излучение. Для колец со сдвигом фаз pi и n>>1 коэффициент отражения будет R = ((n^2-1)/(n^2+1))^2, а коэффициент пропускания A = 4*n^2/(n^2+1)^2~4/n^2.

C ростом частоты коэффициент преломления будет уменьшаться.

[Chilik]

Вам же не нужна преломляющая линза. Вам нужно отражающее зеркало.

Понятно но давайте разберемся.
....
Вот классическая схема от Форварда не раз поминавшегося здесь. "Starwisp". ...

Схема правильная. Только я позволю себе ещё раз привести цитату из себя, любимого:

Вам же не нужна преломляющая линза. Вам нужно отражающее зеркало.

Почему линза? Зачем, только из-за того, что она в классической книжке? Посмотрите на любой радар или спутниковую тарелку: облучатель повёрнут "спиной" к тому направлению, куда смотрит радар, его дело - освещать зеркало. Так же и в обсуждаемой задаче - разворачиваем микроволновку, чтобы она облучала зеркало и оказалась от зеркала примерно по направлению на звездолёт. Нагрузка что на линзу Френеля, что на параболическую тарелку будет разрывающая, хотя с Френелем, конечно, с этим проще (в случае, если линза не амплитудная, а фазовая, с амплитудной будет одинаково, наверное).
Есть в этом месте только ещё одна засада: раз мы взялись обеспечивать энергией/давлением микроволн потребителя, то, по закону сохранения импульса, должны получить эквивалентную силу, действующую на элементы передатчика. С учётом КПД и диаграммы направленности антенны - ещё больше. Что и как с этим делать?

[Alex_Semenov]

Спасибо всем! AlexV- вам особенно. Постараюсь ответить чуть позже.
Пока вот:
http://go2starss.narod.ru/pub/E009_RMP.html
Добавлена еще одна статья в раздел "Публикации" на моем "Горизонте".
Иван Александрович Корзников "Реальности межзвездных полетов"
Время написания неизвестно. Нашел в сети. В жутком, нечитаемом состоянии (я дал ссылку на источник, можете сами посмотреть).
Отреставрировал и выложил у себя.
Хотя автор явно перегибает палку (и можно сказать где) работа очень ценная. Цифры, методики оценки (особенно уникальна оценка мощности ионизирующего излучения для прямотоки. Нигде больше не встречал даже упоминаний про эту проблему).
В общем, настоятельно рекомендую всем интересующимся настоящим МП.