Инженерные вопросы межзвездных перелетов

[pkl]

А напомните, пожалуйста, какое у нас техническое задание. Построить TAU II?

Ага, вроде того.

[tagus]

Потому я и держу в качестве запасного варианта цепочку зондов-ретрансляторов, передающих сигнал по эстафете.

Как-то у Вас все слишком эпически выглядит . Почему бы, если зонд совсем "нано", не рассмотреть возможность удаленного питания его передатчика с Земли. Антенну он развернуть сможет, наверное. Вот и вдувать в нее в периоды радиомолчания электричество с Земли мощным СВЧ передатчиком. Можно и на тему питания лазером подумать - фокусировать должно быть легче. Электричество складывать в аккумулятор.

[pkl]

А такая система энергопитания эпической не будет? И где Вы видели аккумулятор со сроком службы 100 - 150 лет? :roll:

[Иван57]

И где Вы видели аккумулятор со сроком службы 100 - 150 лет? :roll:

Мммм... Ну, около 80 вроде есть:
http://www.gi-kursk.ru/number/2708/seim/000044/
"
«Ветряк» на Семеновской

Минувшим летом в ветреный день знаменитый уфимцевский «ветряк», давно ставший одним из символов нашего города, потерял лопасть. Чуть позже упала вторая. Если учесть, что это сооружение без особого технического пригляда возвышается на улице Семеновской уже восьмой десяток лет, ничего удивительного в том происшествии нет. Наоборот – такую долговечность и надежность конструкции можно привести в пример многим нынешним.

Не удивляет и другой факт, последовавший за этими авариями – первая лопасть пропала «без вести», а вторую умыкнул вполне конкретный завсегдатай пунктов приема металлолома. Уголовное дело против него милиция открывать отказалась, поскольку, на взгляд стражей порядка, материальный ущерб не слишком велик. Два крыла старинного «ветродуя» сегодня хранятся под замком на станции юных техников, монтировать их на «ветряк» нет смысла, поскольку отсутствует третье. Но даже если бы оно и было, на эту работу нет средств
...
"

http://zhurnalko.net/=nauka-i-tehnika/tehnika-molodezhi/2003-02--num62
"
...
23 июня 1920 г. комиссия курского Губсовнархоза провела официальное испытание аккумулятора. После 50-минутной раскрутки инерционный диск 1 стал вращаться со скоростью 12000 об/мин. Затем питание электродвигателя 3 отключили, и он сам начал генерировать электроэнергию. В течение трех часов 100-вольтовая 5-свечовая лампочка, подключенная к аккумулятору, ярко светила. Воздух из кожуха был откачан до давления 2,5 — 3 мм рт. ст.

В 1924 г. А.Г. Уфимцев построил эксплуатационную модель с диском весом 320 кг. Диск, получив импульс, вращается в течение 14 ч. При испытаниях 1 июня 1925 г аккумулятор в течение часа обеспечивал равномерный накал группы ламп общей мощностью в 1000 свечей (около 1000 Вт). Это был тот уравнитель энергии, который веками искали изобретатели.

В 1922 г. Совет Народных Комиссаров выделил специальные средства для строительства ветростанции в Курске. Ветродвигатель станции диаметром в 10 м создавался в содружестве с одним из крупнейших отечественных специалистов в области аэродинамики — В.П. Ветчинкиным. В результате двигатель Уфимцева по весу оказался вдвое легче самого легкого из ранее известных ветродвигателей

Как только ветростанция была построена, из Москвы приехала авторитетная комиссия для тщательного изучения ее работы В выводах этой комиссии записано: «Таким образом, во все пять дней пребывания в Курске комиссия работала днем и вечером при свете электрических лампочек от ветростан ции, не имеющей никакого аккумулятора, кроме инерционного. Свет отличался полным отсутствием пульсации, несмотря на то, что ветер был порывистый и бывали моменты, когда скорость и мощность ветра доходила до нуля, и другие моменты, когда мощность ветряка в 6 — 8 раз превосходила среднюю».

Курская ветроэлектрическая станция Уфимцева давала (сейчас она бездействует) электроэнергию равномерно при изменении скорости ветра от 2 до 15 м/с; при скорости ветра, превышающей 25 м/с, двигатель автоматически выключался.
...
"

[Иван57]

Упретесь в квантовую механику и шумы.

Максимум излучения черного тела (коими можно считать звезды) находится в диапазоне или рядом с диапазоном работы лазеров -> шум.

Свет передается порциями -> есть минимальная чувствительность, лучше которой быть не может. (Или приняли фотон, или нет. Полфотона принять нельзя.) Для радиосвязи энергия фотона меньше чем для света -> можно увеличить чувствительность. Но сфокусировать радиолуч может быть труднее: потребуется больший размер антенны. (Несколько зондов образуют антенное поле? -> замучаетесь согласовывать передатчики и поддерживать строй эскадры зондов.)

Потому я и держу в качестве запасного варианта цепочку зондов-ретрансляторов, передающих сигнал по эстафете. :wink:

На счёт звёзд: а спектры то у них нелинейны! Есть же линии поглощения, "окна", где излучение минимально. Так может, подобрать частоту излучения лазера так, чтобы она приходилась на такое "окно", а на Земле приёмник оснастить узкополосными светофильтрами. :!:  :idea:

Ну-ну...
Говорят от спектров звезд ученые с ума сходят...
http://newfiz.narod.ru/starspec.html
"
...
Без ущерба для нашего обсуждения, лучевую скорость Солнца можно считать практически нулевой. Исследование спектральных линий Солнца дало бы уникальную возможность для следующей проверки: если и здесь линии окажутся сдвинуты, то будет ясно, что причина этих сдвигов не связана с эффектом Допплера.

И какова же картина спектральных линий Солнца? Эта картина известна лишь узкому кругу специалистов, поскольку, по допплеровским меркам, её вполне можно назвать "спектроскопическим кошмаром".

Вот как этот кошмар описан в [3]. "Линии спектра хромосферы и протуберанцев часто обнаруживают целый ряд различных анормальных явлений... часто наблюдаются различного рода искривления, разрывы, смещения линий... Если искривления линий спектра приписывать целиком влиянию принципа Допплера, то во многих случаях приходится допускать скорости до 500-600 км в секунду... Можно было заключить о скоростях вблизи пятен в 30-40 км, хотя Young наблюдал иногда такие смещения, которые указывали на скорость до 500 км, если их объяснять на основании принципа Допплера... В спектре пятен... одни линии иногда бывают искривлены, тогда как другие – нет. Если объяснять эти искривления линий принципом Допплера, то выходит, что наблюдаемые массы паров железа в одно и то же время обладают большими скоростями и остаются в спокойном положении...Если объяснять все наблюдаемые смещения и искривления линий в спектрах хромосферы, протуберанцев и областей, окружающих пятна, исключительно на основании принципа Допплера, ...то приходится заключать о невероятно больших скоростях, с которыми движется раскалённая материя на Солнце; ...эти скорости достигают сотен километров в секунду. Но тогда является вопрос, каким образом физически могут быть объяснены такие колоссальные скорости?.. Из кинетической теории газов известно, что скорость частиц газа увеличивается с увеличением температуры, но несложное вычисление показывает, что для того, чтобы частицы достигли скорости в 200 км в секунду, необходима температура в 4800000оС, тогда как на поверхности Солнца мы едва ли имеем температуру выше 7000оС".

Что касается спектра солнечной короны, то вот как этот вопрос описан в [4]. "Эмиссионный спектр короны известен давно, и он ставил в тупик исследователей, потому что ни одну из коронарных спектральных линий не удавалось отождествить ни с одним из лабораторных источников излучения... Положение разъяснилось лишь к сороковым годам [20-го столетия], когда... удалось полностью расшифровать эмиссионный спектр короны как излучение при запрещённых переходах у многократно ионизованных атомов..." По этой логике, сильные линии короны обусловлены наличием в ней ионов, главным образом, металлов, с числами ионизации, равными десяти-пятнадцати [4] (вот что приходится допускать, когда лучевая скорость известна достоверно!) Такие числа ионизации соответствуют температурам в 2-6 млн. Кельвинов. Если бы корона действительно имела такую температуру, то поверхность Солнца нагревалась бы не столько изнутри, сколько снаружи – что, конечно, абсурдно. Поэтому теоретики делают оговорку: температура в миллионы Кельвинов приписывается короне формально [4]. Но тогда отождествление спектральных линий, выполненное на основе этих формальных приписок, не может считаться научным!

В этой связи, уместно упомянуть книгу корифея звёздной спектроскопии, академика Белопольского [5]. Значительное количество материала в ней он посвятил доказательствам того, что эффект Допплера существует, существует, существует! Причём, спектрами Солнца он занимался и, конечно, не мог не знать, к чему там приводят допплеровские мерки. Но в книге он об этом ни слова не написал.
...
"

Так что мне сдается, что узкую линию поглощения вы выбрать не сможете. Звезды разные и спектры у них разные.

[pkl]

...В 1924 г. А.Г. Уфимцев построил эксплуатационную модель с диском весом 320 кг.

SNAP-10A весил 290 кг. Вполне себе реактор. И ему не нужна система для передачи энергии. Нет, аккумулятор - это не самое удачное решение. А если взять кое-что посерьёзнее, допустим аналог БЭС-5 "Бук", у которой тепловая мощность 100 КВт, а электрическая - 3 при сроке службы до 120 сут, то аккумуляторы в пролёте. Масса, правда, уже 1250 кг. Но всё равно, снабжать энергией из Солнечной системы такой аппарат уже не надо.

[Иван57]

...В 1924 г. А.Г. Уфимцев построил эксплуатационную модель с диском весом 320 кг.

SNAP-10A весил 290 кг. Вполне себе реактор. И ему не нужна система для передачи энергии. Нет, аккумулятор - это не самое удачное решение. А если взять кое-что посерьёзнее, допустим аналог БЭС-5 "Бук", у которой тепловая мощность 100 КВт, а электрическая - 3 при сроке службы до 120 сут, то аккумуляторы в пролёте. Масса, правда, уже 1250 кг. Но всё равно, снабжать энергией из Солнечной системы такой аппарат уже не надо.

Аккумулятор вам все равно может пригодится.  Для запасания мощного импульса энергии для сеанса связи.
Тогда реактор/РИТЭГ работают при постоянной нагрузке...

[Иван57]

6,6e-34*3e8/1e-6=2e-19 дж энергия фотона ближнего инфракрасного излучения
Предположим мы хотим передавать 1000 бит в секунду.
Тогда мы должны принимать порядка 10000 фотонов в секунду.
Предположим диаметр зеркала объектива 0,1 м
2e-19*10000/(0,1^2*3,14/4)=2,5e-13 Вт/м2 потребная плотность облучения приемника.

((1/2,5e-13)/3,14*4)^0,5/1000=2250 км диаметр пятна для передатчика мощностью 1 Вт

Для того, чтобы сфокусировать такое пятно на расстоянии 200 а.е. нужна антенна диаметром
1e-6*200*150e6/2250=13 м

В принципе на аппарате можно попытаться из нескольких малых телескопов симитировать антенну "волновой канал" (просто несколько телескопов, установленных на длинной балке через определенный промежуток, излучают вдоль длинной балки).
Теоретически это могут быть не телескопы, а много-много световодов или согласованных волоконных лазеров.

Но вот как вы эту антенну на конкретное место на Земле наводить будете (пятно меньше диаметра Земли) - вопрос, однако.
Опять же - термические расширения надо будет как-то компенсировать, чтобы эта антенна нормально работала.

[Иван57]

6,6e-34*3e8/1e-6=2e-19 дж энергия фотона ближнего инфракрасного излучения
Предположим мы хотим передавать 1000 бит в секунду.
Тогда мы должны принимать порядка 10000 фотонов в секунду.
Предположим диаметр зеркала объектива 0,1 м
2e-19*10000/(0,1^2*3,14/4)=2,5e-13 Вт/м2 потребная плотность облучения приемника.

((1/2,5e-13)/3,14*4)^0,5/1000=2250 км диаметр пятна для передатчика мощностью 1 Вт

Для того, чтобы сфокусировать такое пятно на расстоянии 200 а.е. нужна антенна диаметром
1e-6*200*150e6/2250=13 м

В принципе на аппарате можно попытаться из нескольких малых телескопов симитировать антенну "волновой канал" (просто несколько телескопов, установленных на длинной балке через определенный промежуток, излучают вдоль длинной балки).
Теоретически это могут быть не телескопы, а много-много световодов или согласованных волоконных лазеров.

Но вот как вы эту антенну на конкретное место на Земле наводить будете (пятно меньше диаметра Земли) - вопрос, однако.
Опять же - термические расширения надо будет как-то компенсировать, чтобы эта антенна нормально работала.

[tagus]

А такая система энергопитания эпической не будет?

Я потому смайлик и поставил . А вообще, посчитать нужно - может и не будет. В любом случае, наземные сооружения, даже эпических размеров - это надежнее, чем сеть ретрансляторов, а возможно и дешевле.

И где Вы видели аккумулятор со сроком службы 100 - 150 лет?

Да, со 100-летними химическими аккумуляторами действительно проблема наверное, а механические для нанозонда тяжеловаты будут. Значит, поскольку энергию до сеанса связи хранить нужно недолго, можно попробовать использовать конденсаторы.

[tagus]

Аккумулятор вам все равно может пригодится.  Для запасания мощного импульса энергии для сеанса связи.
Тогда реактор/РИТЭГ работают при постоянной нагрузке...

Совершенно верно. Совсем не обязательно иметь источник энергии, перекрывающий по мощности энергопотребление передатчика. Энергию можно копить, а потом, в относительно коротких сеансах связи, расходовать намного больше, чем дает РИТЭГ.

[КотКот]

tagus пишет:

Аккумулятор вам все равно может пригодится. Для запасания мощного импульса энергии для сеанса связи.
Тогда реактор/РИТЭГ работают при постоянной нагрузке...

Совершенно верно. Совсем не обязательно иметь источник энергии, перекрывающий по мощности энергопотребление передатчика. Энергию можно копить, а потом, в относительно коротких сеансах связи, расходовать намного больше, чем дает РИТЭГ.

Можно и так.
НО будут ли этот сигнал ждать по месту отправления

[tagus]

pkl пишет:
SNAP-10A весил 290 кг. Вполне себе реактор.

И эти 290+X кг Вы собираетесь парусом разгонять?

[yalexk]

Если траекторию движения выбирать так, чтобы перекрывать видимые с Земли заданные точечные источники в определенные моменты времени (своеобразные времена сеансов связи),  то можно передавать т.о. информацию.
Потребуется некий экран большого размера. Скорее всего что то типа газо-пылевых облаков, создаваемых космолетом. Вариантом тьма - например, из возвращаемой субстанции - типа наэлектризованной пыли. А может - и огромные занавески - например, из поворотных лопастей.

[yalexk]

К своему сообщению 5426 добавлю, что для передачи информации можно использовать, в зависимости от расстояния, разные способы создания и управления экранами. Например, разные способы изменения прозрачности в разных диапазонах спектра. Электрические и магнитные поля для управления поляризацией, как в ЖК экранах, к примеру.

[pkl]

Иван57 пишет:
Так что мне сдается, что узкую линию поглощения вы выбрать не сможете. Звезды разные и спектры у них разные.

А зачем нам искать спектры у всех звёзд? Направление запуска мы будем знать заранее. Соответственно, надо смотреть спектры только соседних звёзд. Да и АМС звёзды не мешают.

[pkl]

Иван57 пишет:Аккумулятор вам все равно может пригодится. Для запасания мощного импульса энергии для сеанса связи. Тогда реактор/РИТЭГ работают при постоянной нагрузке...

Если есть аккумулятор, то реактор уже не нужен. Правда битрейт будет мизерным. А если есть реактор, то не нужен аккумулятор. Лучше бы вообще РИТЭГом обойтись - но у меня есть сомнения, что зонд сможет оттуда до нас докричаться. Потому я за маленький реактор.

[pkl]

Иван57 пишет:
Но вот как вы эту антенну на конкретное место на Земле наводить будете (пятно меньше диаметра Земли) - вопрос, однако.
Опять же - термические расширения надо будет как-то компенсировать, чтобы эта антенна нормально работала.

На таком расстоянии достаточно просто попасть в Землю. Её, кстати, судя по снимкам "Вояджера", видно издалека.

[pkl]

tagus пишет:

pkl пишет:
SNAP-10A весил 290 кг. Вполне себе реактор.

И эти 290+X кг Вы собираетесь парусом разгонять?

Нет. Аппарат с реактором будет разгоняться ядерным буксиром. А первой ступенью разгонной системы может быть вот такая фича:
http://www.astronomy.ru/forum/index.php/topic,100868.0.html
Парусник будет тройным кубсатом, как снимке выше. Для него я и предлагаю цепочку таких же миниатюрных ретрансляторов.

[pkl]

yalexk пишет:
Если траекторию движения выбирать так, чтобы перекрывать видимые с Земли заданные точечные источники в определенные моменты времени (своеобразные времена сеансов связи), то можно передавать т.о. информацию.
Потребуется некий экран большого размера. Скорее всего что то типа газо-пылевых облаков, создаваемых космолетом. Вариантом тьма - например, из возвращаемой субстанции - типа наэлектризованной пыли. А может - и огромные занавески - например, из поворотных лопастей.

Ну и как Вы это себе представляете?