Инженерные вопросы межзвездных перелетов

[gans3]

Я удивлен, но действительно если нет ошибки в логике, получается что собственная скорость (средняя тепловая?) частиц водорода удивительным образом прибавляет энергию обрушивающуюся на экран...
Вам так хочется построить экран-батарею?

А можете сами вывести тепловую прибавку за счет температуры межзвездной среды? У меня она действительно 0 К.
Я на вскидку не могу. Хотя возможно все просто... (почему то вспоминается постоянная Болцмана и молекулярно кинетическая теория газов... из Перышкина класс 8-й...

Издеваетесь? Это ж интеграл брать. А до этого его еще вывести надо. Я вот все не могу найти статью про температуру в Местном пузыре. Там, вроде, давалась средняя скорость частиц. Было бы легче хотя бы оценить.
Так что в итоге получается - нафиг парус или не нафиг. Может, в связи с ошибкой AlexV пересмотрит и отношение к тормозу?

[AlexV]

Так что в итоге получается - нафиг парус или не нафиг. Может, в связи с ошибкой AlexV пересмотрит и отношение к тормозу?

Нет, ошибка у меня была только в коэффициенте во второй формуле, с первой (о торможении) всё в порядке. Про тормоз выводы сохраняются.  Дело в том, что сила давления излучения, действующие на парус много больше(особенно в случае микроволнового паруса), чем сила, действующая на тормозной парус. Соответственно и и при изменении скорости на одну и ту же величину разрушение тормозного паруса будет много больше, чем фотонного паруса.

А у фотонного(особенно микроволнового с его коэффициенто поглощения на уровне 10^-3 - 10^-4) вроде бы всё в порядке.

[gans3]

Так что в итоге получается - нафиг парус или не нафиг. Может, в связи с ошибкой AlexV пересмотрит и отношение к тормозу?

Нет, ошибка у меня была только в коэффициенте во второй формуле, с первой (о торможении) всё в порядке. Про тормоз выводы сохраняются.  Дело в том, что сила давления излучения, действующие на парус много больше(особенно в случае микроволнового паруса), чем сила, действующая на тормозной парус. Соответственно и и при изменении скорости на одну и ту же величину разрушение тормозного паруса будет много больше, чем фотонного паруса.

А у фотонного(особенно микроволнового с его коэффициенто поглощения на уровне 10^-3 - 10^-4) вроде бы всё в порядке.

То есть у тормоза "об вакуум" верхняя граница скорости лежит около S<0.1, если я правильно понял первую формулу. Или тормоз надо делать толстым (больше , чем пробег частиц). Правильно?

[Alex_Semenov]

Ганс,  я ошибся. Не 8 а 9-й класс. Это в СССР. Сейчас какой? Там черт ногу сломает!..
Средняя кинетическая энергия молекулы газа от температуры этого газа в школьном учебнике 9-го класса:

Eср = (3/2)*k*T

Где k – постоянная Больцмана
Т – температура газа в Кельвинах.

Тогда средняя квадратичная скорость частицы газа (есои уж вам так интересно):

v =  корень(3*k*T/ mp)

mp – масса молекулы газа.
У вас это атомарный водород или молекула водорода Н2 .
Средняя скорость избавит вас от страданий с интегралами (распределение Максвелла по скоростям – ненужные детали которые действительно раньше изучали в техвузе). Считайте, что все молекулы имеют эту скорость. Сильно не ошибетесь. Единственное. Если у вас очень большая температура то там школьную физику нужно поправлять.

Но если применить здравый смысл то вообще можно прикинуть все "на пальцах".
У вас абсолютно холодное тело влетает в газ с некоторой температурой и плотностью. Не важно движется это тело в нем или покоится. Оно будет с ним взаимодействовать (частички ударяться) и пытаться установить тепловое равновесие со средой. Верно?
Поэтому удививший меня результат с двумя  шарами на самом деле очевиден.
Было бы удивительно противоположное!  Когда летящее через среду тело осталось бы термодинамические холодным  по отношению к среде, хотя активно с ней взаимодействует (частички ударяются об него).
Тут вот что важно. Не лохонуться на радостях и не бросится приравнивать температуру тела к температуре окружающей среды. Она хоть и очень горячая, но жутко разряжена. А значит нужно считать довесок как то по другому.
Но вот подумайте.
Температура фона (как черного тела) 3 К .
Где-то читал, что звезды могут нагреть черное тело до 22 К.
Скорей всего это и есть реальная температурный "довесок" вашего сверхгорячего газа в пузыре к нашему щиту (на эту температуру можно сдвинуть кривую на графике). Ведь сам газ  более-мение в  температурном равновесии с окружающей его средой. А для него окружающая  среда  и есть фон+ звезды. Верно?
Но лучше все же  посчитать. Я даже догадываюсь как... Все должно быть просто до идиотизма. Подумайте. Холодное тело объемом V в состоянии равновесия со средой будет иметь столько же  тепловой энергии сколько и такой же объем V окружающей среды. Верно?
Остался один шаг.
 :wink:

[Chilik]

...
Первоначально у меня была надежда, что парус все же УСПЕЕТ прорваться  к скорости 0.04 с (энергия протонов 900 КэВ) при которой длинна свободного пробега частиц в алюминии станет 13 мкм (13000 нм). Тогда 23 нм пленка станет незаметной для ЛЮБОГО потока протонов.

Тут есть сильная неправильность.
С одной стороны, считать испарение плёнки по полной энергии нельзя, и это увеличивает её время жизни. Нужно искать коэффициенты вторичной ионной эмиссии (они же коэффициенты распыления), их у меня под рукой сейчас нет. Навскидку - очень маленькие, для частиц МэВного диапазона это что-то порядка 1Е-6 частицы/частицу. Проблема будет на скоростях, соответствующих примерно десяткам кэВ, там коэффициенты много больше, а потом с ростом энергии падают.
С другой стороны, фраза "пленка станет незаметной" излишне оптимистична. Конечно, Брэгговский пик у протонов тоже есть, но он не так велик, и на основной длине пробега тоже какая-то энергия выделяется.

[AlexV]

Нужно искать коэффициенты вторичной ионной эмиссии (они же коэффициенты распыления), их у меня под рукой сейчас нет. Навскидку - очень маленькие, для частиц МэВного диапазона это что-то порядка 1Е-6 частицы/частицу.

На самом деле коэффициент распыления и коэффициент вторичной ионной эмиссии несколько разные вещи. Коэффициент распыления – количество эмитируемых атомов/ион, коэффициент вторичной ионной эмиссии – количество эмитируемых ионов/ион. И первый обычно много больше второго. Вот данные о коэффициенте распыления и ионной эмиссии атомами гелия 8кэВ из металлических плёнок(источник: Физические величины (под ред. Григорьева, Е.З. Мелихова), Энергоатомиздат, 1991 ):

Ni   K = 1.5*10^-3  S = 1.5
Cu  K = 9*10^-4  S = 1.9
Au  K = 0.59*10^-4 S = 3.2

K – Коэффициент вторичной ионной эмиссии
S – коэффициент распыления

[Alex_Semenov]

На самом деле смысл формулы очень прост.

Так. Разобрался. Получил удовольствие, исписывая вчера вечером листик ручкой....
Все что хотел- понял. Ну почти все...
Согласно вашей модели дистанция разгона ограничивается истиранием паруса набегающим потоком. А ускорение, возможное на этой дистанции – температурой паруса по уравнению Стефана-Больцмана. Отсюда конечная скорость ограничена сверху ускорением ( T^2 , так как корень из T^4, кстати там у вас в формуле выше скобка не там стоит*) и дистанцией пробега до истирания.  
Самое интересное для меня  – как вы считаете максимально возможную дистанцию, а значит и модель стирания паруса (максимальное ускорение для меня отдельная песня).

Я здесь бестолково и много пытался оценить дистанцию (время) разрушения паруса водородом по-другому:

1. Исходя из импульса набегающего потока (идея Ганса). Но суммарный импульс это не импульс испарившейся части паруса. Ну никак! Поэтому сей хитрый расчет – в топку.

2. Я пытался считать деградацию паруса исходя из энергии набегающего потока. Это чуть лучше. Энергия растет пропорционально кубу скорости (нерелятивисская формула) и конечно же однажды энергия потока станет настолько большой, что ее хватит на мгновенное испарение любой тонкой структуры. Но я оценил  длину пробега протона (с пиком Брэгге в конце) и решил, что тонкий парус может успеть проскочить опасный для него  участок (когда пробег еще короче толщины паруса),  получая на начальной стадии еще очень мало энергии от потока и не успеет испариться. Так на скорости 0.04с (условный барьер за которых парус становится прозрачным) общая мощность потока все еще   N=0,01 вт/м2. Просто смешная величина!
Я решил оценить нижнюю границу. Теплота удельного испарения алюминия L=10 КДж/г. Тогда энергия для испарения m кг алюминия Q1=L*m.  Секундное испарение с метра квадратного dm=N/L. Отсюда можно понять, сколько секунд понадобится для испарения всего паруса t=Mp/dm (где Мр – поверхностная плотность паруса) при данной скорости v.
Конечно, это неверная модель.  Во-первых не вся энергия налетевшей частицы идет на испарение молекул паруса. Во- вторых удельная теплота испарения L показывает только энергию Q1, которую надо сообщить расплавленному алюминию для превращения его из жидкости в пар (фазовый перехода). А энергия для нагревания Q2=CmdT? А энергия плавления  (переход твердая фаза-жидкость) Q3=Rm? То есть, если считать правильно, то энергию потока  частиц нужно было приравнивать к сумме энергий Q1+Q2+Q3 (и то при очень жестком допущении что ВСЯ  энергия частицы идет на испарение металла. Но это не так!).
Но так как я самоуверенно считал, что парус прорвется за барьер с запасом, то я решил что достаточно будет показать что  мощности потока не хватает даже на испарение Q1. Если действительно  НЕ  хватит,  то при учете и всех остальных составляющих – тем более не хватит! А учитывая что не вся энергия частицы будет расходоваться (она может вылететь с обратной стороны и продолжать лететь с меньшей энергией!) то получается что парус прорывается сквозь водоробдный барьер с запасом.
Но я недооценил толщину паруса. 0.043 г/м2 – это очень тонкая и хрупкая пленка и 0.01 вт/м2 ей хватает. Поэтому в самом узком месте разгона (я выстроил целую таблицу для каждой скорости) он у меня растворился за пол часа.  
То есть моя оценка с верху не прошла.
Так что в топку и этот расчет.

Вы не стали заморачиваться со всей этой ерундой. Импульс и энергия потока вас вообще не волновала. При энергиях более 0.5 КэВ вы рассматриваете своего рода бильярдную модель испарения материала. Каждый протон не важно с какой он уже энергией летит, тупо выбивает от 1 до 10 атомов в кристаллической решетке материала. И все. Не меньше 1 не больше 10. Это вирируется от материала толщины, энергии частиц. Но полоса такая.  В пределах этой полосы (S коэффициента распыления) на скорость эрозии зеркала во первых влияет n – плотность протонов м^-3. Чем выше она, тем пропорционально выше эрозия. Во-вторых важный параметр: M – атомарная масса вещества. (Это то что меня удивило поначалу). Чем меньше она, тем пропорционально больше атомов получается на килограмм паруса. А значит шаров-протонов для "выбивания" килограмма вещества нужно больше, если у паруса меньшая атомарная масса. Все гениально просто!

Но это работает, видимо, только в случае кристаллических решеток. Скажем в случае органики, где тот же углерод собран в компактные молекулы все будет сложней. Верно? Это ограничение тоже надо понимать, если мы вздумаем строить парусник из пресловутых нанотрубок.

Еще одну тонкость, которую я считаю надо учитывать – это длина пробега. В том же алюминии протон пробегает 2.5 мм на скорости 0.2с. Если у вас будет 10 мм экране то почти вся энергия протона выделится глубже 2 мм. А это значит что испарение уже не будет. Будет только нагревание щита.
В случае же тонкой структуры (скажем 0.1мм) поток протонов будет пролетать препятствия практически не реагируя с ним (какое будет S? 0.01? 0.0...01?).
Логично?
Поэтому ваше формула, вычисляющая барьер скорости для парусников в целом неверна.
Она не учитывает вашу же фразу (выше) про то что 10 Нм незаметны для 4.7 МЭв (вы говорили о графите там 300 мкм пробег).

Интересно бы было уточнить по электронной эмиссии. Но она меня волнует именно на крейсерских скоростях 0.1с и выше (возможно там уже другая картина?).
Мы ведь  здесь сумбурно обсуждаем три темы.

1. "аэродинамическое" торможение Ганса на субстветовых скоростях.
2. проблему защитного экрана на крейсерской скорости корабля.
3. эрозию тонких структур (парусов)  при разгоне от набегающего водорода.

Если проблема 3 снимается (паруса по крайней мере через космический газ прорваться. Пыль –отдельная тема) то следующая  по важности  проблема 2 – зашитый экран. Там помимо газа есть пыль. И с ней надо бороться. Хотелось бы использовать энергию налетающих частиц водорода для борьбы с пылью. А для этого надо создавать перед кораблем некое подобие атмосферы в которой должны сгорать пылинки не долетая до экрана (и не выбивая в нем кратеров). Но чем удерживать эту атмосферу? Первая мысль – статика. И если бы эту статику создавали сами ионизирующие частицы было бы прекрасно.

* О скобке.  Должно быть кажется так:

v=b*КОРЕНЬ((e*(2-a)/a))*(T^2)/КОРЕНЬ(М*n*S)

у вас:

v=b*КОРЕНЬ((e*(2-a)/a)*(T^2)/КОРЕНЬ(М*n*S))

То есть квадрат температуры паруса оказывается под корнем и скорость линейно зависит от нее. А должна квадратично (скорость корень из энергии, а энергия четверная степень температуры).
Если считать с перемещенной скобкой то для алюминия получаем 0,09 С а для вольфрама 0,9С! Но опять же. Надо учитывать "прозрачность" тонких пленок на скоростях выше 0.05 С (выше я привел график для алюминия).

[gans3]

В статье про Местный пузырь было замечание - в связи с тем, что свободный пробег частиц в связи с необычной разряженностью очень велик - применять обычные методы для расчета нельзя - такой, понимаешь, идеальный газ получается... . С миллионом градусов, а это
v=squrt(3*1.38*10^-23*1*10^6/1,97*10^-24*2) [(Дж*К)/(К*г)], = 10250 метров в секунду (если я не наврал в размерности)
Это не килоэлектронвольты. Никакой прибавки к износу не дает. Да и нагрева не заметить.

Упд. А про статику уже Алекс говорил - сильно положительный заряд на обтекателе будет. Очень сильный. То есть сразу - набегающий поток атомы выбивать еще не начнет - а электроны уже полетят.

[AlexV]

О скобке. Должно быть кажется так:

v=b*КОРЕНЬ((e*(2-a)/a))*(T^2)/КОРЕНЬ(М*n*S)

у вас:

v=b*КОРЕНЬ((e*(2-a)/a)*(T^2)/КОРЕНЬ(М*n*S))

Да, естественно правильно v=b*КОРЕНЬ((e*(2-a)/a))*(T^2)/КОРЕНЬ(М*n*S). Зависимость от температуры T^2.

[Alex_Semenov]

Оценил предельное ускорение микроволнового паруса. Получился интересный результат. Оказалось, что для микроволнового паруса меньшая толщина паруса – не всегда лучше.
Учитывал правильные коэффициенты отражения, поглощения и прохождения. Зависимость проводимости от температуры. Правильный коэффициент теплового излучения. Поскольку частота небольшая – зависимостью проводимости от частоты пренебрегал.

Не могли бы поделиться методикой расчета?
Именно для "проволоки".

Видно, что при толщине 25 нм и 3 мкм ускорения паруса практически не отличаются. Так зачем тогда связываться с нанометровыми размерами, если это не даёт никаких преимуществ? Причём, чем ниже частота излучения, тем больше можно сделать толщину паруса без потери характеристик(точнее характеристики даже улучшаются, т.к. при том же максимальном ускорении достигается большая сила на единицу площади паруса).

У микроволновых парусников большая проблема – огромная оптика. Минимальные размеры оптики ограничиваются:

Dspot =2.44* d * l/Dlins

Dspot – диаметр пятна на который концентрируется излучение.
d – фокусное расстояние (фактически дистанция разгона парусника)
l – длинна волны излучения.
Dlins – диаметр линзы.

Видите? Диаметр линзы обратно пропорционален диаметру фокусного пятна. То есть поперечному диаметру паруса. Почему световые парусники столь любимы Форвардом? У них длинна волны  короче в тысячи раз чем у микроволн. А значит и оптика может быть куда меньше даже при куда больших дистанциях разгона. Форвард вообще собирался фокусировать луч на том конце маршрута для торможения и обратного ускорения экспедиции. И ему не бог весть какая линза для этого нужна была. Всего 300 км в диаметре для 1000 км пятна зеленого света  через 6 св. лет.
У микроволновиков  линза для маленького пятна получается...  сами посчитайте.
Поэтому  чем больше этот Dspot – тем меньше по диаметру получается линза. Сверхтонкую сетку можно раскатать до очень больших размеров. Скажем 100 км – не бог весть какой размер и масса для микроволновика. Поверхностная плотность сетки, куда  меньше чем у сплошной пленки. Но для реализации этого преимущества нужно как раз и иметь очень тонкие проводки.
Другая причины – выжать как можно большее ускорение (более тонкая сетка остывает быстрей). Ведь чем больше ускорение, тем короче d. А значит опять меньший диаметр линзы. Тонкая сетка во всех отношениях выгодна... почти во всех...

Обратите внимание на тонкость. Чем тяжелее межзвездный корабль, тем меньше нужен диаметр излучателя (хотя генератор энергии куда более мощный, разумеется). То есть для "игрушечного" зонда нужна циклопическая линза.

Осмелюсь высказать две мысли, которые кому-то могут показаться наивными:

"Валяйте" (с) Мюллер.

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.
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.

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.

[Alex_Semenov]

Тут есть сильная неправильность. С одной стороны, считать испарение плёнки по полной энергии нельзя, и это увеличивает её время жизни.

Да. Это было ясно с самого начала. Выше я уже объяснил как получилось что я вцепился в эту идею. Просто я расстроился, что проскочить пик НЕ получится из таких жестких соображений.

Нужно искать коэффициенты вторичной ионной эмиссии (они же коэффициенты распыления), их у меня под рукой сейчас нет. Навскидку - очень маленькие, для частиц МэВного диапазона это что-то порядка 1Е-6 частицы/частицу.

Здорово было бы если вы правы. Но я подожду конца вашего спора с AlexV.  
Пока же предпочту опираться на худшую оценку. То есть на S~1-10

Проблема будет на скоростях, соответствующих примерно десяткам кэВ, там коэффициенты много больше, а потом с ростом энергии падают.

В том то и дело.  Десятки КэВ это скорости 0.005 -0.01 C. Дальше идут сотни. И речь идет именно о том что ситуация сначала будет ухудшаться, достигнет пика и пойдет на спад. Своего рода барьер (кстати, кто-нибудь о нем когда-нибудь упоминал? Или мы на него с дуру наткнулись первые?)

С другой стороны, фраза "пленка станет незаметной" излишне оптимистична. Конечно, Брэгговский пик у протонов тоже есть, но он не так велик, и на основной длине пробега тоже какая-то энергия выделяется.

Согласен. Я очень сильно упрощал говоря "пленка станет незаметной". И пик Брегге возникает не сразу.  Вот тут (рис 2)  есть картинка для протона 400 Мэв (пробег более 80 см!).  http://nuclphys.sinp.msu.ru/spargalka/a11.htm
По данным  отсюда я и кривую побега протонов в алюминии построл.
Насколько я понял, кривая потери энергии – очень крутая экспонента. А значит при разнице между пробегом и толщиной скажем в 10-100  вероятность взаимодейстия быстрого протона будет крайне низкой скажем 0.001-0.0000001. Но, конечно же, не исключенной. Об абсолютной невидимости не может быть и речи. Но нас устроит ситуация когда эти взаимодействия нас уже не донимают.

[AlexV]

Chilik писал(а):

Нужно искать коэффициенты вторичной ионной эмиссии (они же коэффициенты распыления), их у меня под рукой сейчас нет. Навскидку - очень маленькие, для частиц МэВного диапазона это что-то порядка 1Е-6 частицы/частицу.  
 

Здорово было бы если вы правы. Но я подожду конца вашего спора с AlexV.  
Пока же предпочту опираться на худшую оценку. То есть на S~1-10

Мои коэффициенты относятся к энергии порядка единиц - десятков кэВ. При МэВ-ых энергиях они будут существенно ниже.

[Alex_Semenov]

Это не килоэлектронвольты. Никакой прибавки к износу не дает. Да и нагрева не заметить.

На то было похоже с самого начала... Но зато сколько удовольствия от понимания некоторых тонкостей физической картины мироздания!!! Мы ж (во всяком случае я-ж) эстетствуем. А значит наслаждаемся процессом...

Упд. А про статику уже Алекс говорил - сильно положительный заряд на обтекателе будет. Очень сильный. То есть сразу - набегающий поток атомы выбивать еще не начнет - а электроны уже полетят.

Сильный положительный заряд – этого мало. Надо знать сколько. Потому что нам нужно будет не просто выдвигать идеи, но и прикидывать возможность их инженерной реализации. Справимся с пылью? Что-то надо будет делать с встречными метеоритами. Я тут одну работу по-немного рихтую что бы у себя выложить. Нашего товарища работа, но опять же с испахалбленными формулами и таблицами нечитаемыми. Верхние регистны упали. Поднимать надо по смыслу... А работа интересная:

Корзников Иван Александрович "Реальности межзвездных путешествий".
http://www.zhurnal.lib.ru/k/korznikow_i_a/realxnostimezhzwezdnyhpoletow.shtml

[ впадая в  выбегайловщину...]
Товарищь Корзников, конечно несколько претенциозен.
Но в целом нельзя не отреагировать на поступивший от него сигнал...
Ведь в чем прелесть момента, товарищи?
Прочитав товарища Корзников мы конечно не можем знать как будет выгладить настоящий звездолет, который будет пробиваться сквозь ужасы рассчитанные автором исследования.
Но зато мы уже будем знаем как том НЕ МОЖЕТ выглядеть... А ведь не может он самым разнообразным образом! Фактичесни ни один звездолет нарисованный художниками фантастами на самом деле и близко не похож на уродское чудовище которой действительно в состоянии будет пересечь этот ад...

[gans3]

Это не килоэлектронвольты. Никакой прибавки к износу не дает. Да и нагрева не заметить.

На то было похоже с самого начала... Но зато сколько удовольствия от понимания некоторых тонкостей физической картины мироздания!!! Мы ж (во всяком случае я-ж) эстетствуем. А значит наслаждаемся процессом...

Вай! Неужели нечеловеческим напряжением мозга я правильно учел размерность? Такое со мной не случалось с прошлого века...   .

А мне все таки интересен верхний предел скорости для тормоза. Тормозить то мы собираемся?
А еще получается, что зонду надо перед собой гнать облако заряженных частиц, этакую линзу, хитрым образом удерживаемых наведенной этими же частицами, статикой. И чем больше скорость - тем больше это облако должно быть. Вот и тормоз формируется. Дармовой такой из подручного материала.

[Alex_Semenov]

Вай! Неужели нечеловеческим напряжением мозга я правильно учел размерность? Такое со мной не случалось с прошлого века...   .

Ганс, честно говоря, не проверял. Но на глазок вроде так и получается.

А мне все-таки интересен верхний предел тормоза. Тормозить то мы собираемся?

Все что могу  вам подарить – вот эту картинку.

Завалялась типа с последних расчетов...
Формулы там – это правильные релятивистские. Но они нам мыслить не помогут. Поэтому проще взять ньютоновскую механику. И что мы увидим?  Мы должны видеть что энергия протонного ветра будет расти пропорционатьно кубу нашей скорости, а импульс только квадрату. Понятно почему?
Энергия растет в квадрате. Но и поток (масса за секунду) тоже линейно растет от скорости. Значит куб.
Импульс пропорционален скорости, но и поток растет со скоростью. Значит квадрат.  
То есть энергия растет быстрей, чем импульс.
Начиная с какой-то скорости эффект вызываний поступлением энергии превышает эффект вызванные поступлением импульса. То есть "голым лбом" сие не утилизировать. Высокие энергии. Нужны высокие технологии... Тупо даже спускаемый аппарат не тормозит. Если бы он тупо тормозил – испарился бы нафик!. А там всего 8 км/с

[Alex_Semenov]

О том как тормозить...
Тормозить надо.
Непременно. Флай-бай – баловство.
Пулять туда для пролета – занятие на мой взгляд бесполезное. Лучше тогда телескоп в космосе построить и наблюдать из далека.
Спорный вывод. Но я его придерживаюсь.
Лететь туда нужно с выходом на орбиту светила. Сразу. И система "анженерной работы" должна быть рассчитана именно на это.
Но если запускать отсюда можно с комфортом (развернуть межпланетный стартовый комплекс. То есть использовать для старта парус) то там надо рассчитывать только на себя.
Я уже говорил о своих предпочтениях.
Сначала магнитный парашют (а у него проблем будет не меньше чем у парусов) а со скорости 1000 км/с когда тормозить уже нечем будет, ничего не остается как ракету использовать. То есть двигатель. А вот в выборе двигателя я начинаю теряться. Классический термоядерный (от "Дедала") не годится. Слишком тяжел. А здесь чем легче тем лучше. Но нужен недостижимый идиал. Легкий, мощный (сотни-десятки кг-с), да в придачу и с импульсом в миллион.
Я тут присмотрел кандидата...



Так называемый аntimatter sail...
Вот красивая презентация
http://www.niac.usra.edu/files/library/meetings/fellows/oct02/740Howe.pdf
Вот вроде доклад
http://www.hbartech.com/niac_sail1_final.pdf
Ну и для тех кто закричит где антиматерию брать?!
Вот на первый случай:
http://www.niac.usra.edu/files/studies/final_report/1107Jackson.pdf
это проект харвейстера. Таких надо 10 000 минимум...

Все по-английски.
Но для начала интересно было бы услышать мнение спецов (наших ядерщиков) о этой странной идее. Парус на антиматерии.
Это что действительно дешево и сердинто? (если отвлечься от стоимости антипротонов)
Особенно интересно мнение AlexV.
Мы на 26 странице здесь беседовали о антипротоном катализе. Он мне подбросил статью. Я ее на сон грядущий прочел но ума и английского все равно не хватило понять чем же антипротоны лучше  протонов в этом деле. "Катализе"...
Вот новая идея. Парус.
Здесь я так понял происходит подкритический распад урана. Энергия испаряющихся продуктов распада урана и есть главная энергия двигателя. А продукты -рабочая масса. Но без взрывов... Кстати, в чем-то близкая к обсуждавшейся здесь проблематике технология. Но почему нужны для такой идеи именно антипротоны?
Может можно придумать что-то подешевле? Те же протоны?

[Ber]

Мне кажется, вопрос с торможением и износом паруса можно решить отказом от паруса механического данная тема долго висела на форуме, какой то американец предложил использовать магнитное поле в качестве паруса.
   С истиранием тут  все понятно. А тормозить можно, об ионизированный газ  окружающий звезду к которой мы летим.

[AlexV]

В том то и дело. Десятки КэВ это скорости 0.005 -0.01 C. Дальше идут сотни. И речь идет именно о том что ситуация сначала будет ухудшаться, достигнет пика и пойдет на спад. 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.

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

[AlexV]

Не могли бы поделиться методикой расчета?
Именно для "проволоки".

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

Везде далее i – мнимая единица, w – циклическая частота излучения.

Показатель преломления металлов можно описать как:

n = sqrt(1+i*s/(w*e0)), где s – проводимость металла, e0 – диэлектрическая постоянная

k = w/c – волновое число

f  = exp(i*x*k*n), x – толщина паруса.

Коэффициент отражения:

AR = |(n^2-1)*(1-f^2)/((n+1)^2 – f^2*(n-1)^2)|^2

Коэффициент пропускания:

A = |4*n*f/((n+1)^2 – f^2*(n-1)^2)|^2

Коэффициент поглощения:

P = 1 – A – AR

Сила, действующая на единицу площади паруса:

F = 2*e*st*T^4*(1+AR-A)/(P*c), где e – коэффициент излучения паруса
st – постоянная Стефана-Больцмана
T – рабочая температура паруса

При высоких температурах нужно учитывать зависимость проводимости материала паруса от неё, она описывается

s = 1/(ro_0 * (1 + a*(T-273,15)), ro_0 – сопротивление при 0 С. a – температурный коэффициент сопротивления.

Ускорение, естественно рассчитывалось как: a = F/(ro*x) (ro – плотность вещества)

Вот такая модель. Её можно применять до частот ~ 10 ТГц, далее надо уже учитывать зависимость проводимости от частоты.

Её несложно модифицировать для сетки с квадратной ячейкой и проволокой прямоугольного сечения (геометрия вертикальной и горизонтальной проволоки совпадает), при условии, что размер ячейки D<< L (L-длинна волны), и шириной и высота проволоки l << D, x<
Такая сетка будет  практически неотличима в  рамках данной задачи от вещества с эффективными характеристиками

ro` = 2*ro*l/(l+D)
e` = 2*(l+x)/(l+D)

И тензором проводимости s`_ij =   s*l/(l+D)*d(i,j)(1+d(i,3)), d(i,j) – символ Кронекира.  

Поскольку zz-компонента при перпендикулярном падении волны значения не имеет, то можно воспользоваться эффективной проводимостью в виде

 s` =   s*l/(l+D)

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.

[AlexV]

Скажем в случае органики, где тот же углерод собран в компактные молекулы все будет сложней. Верно? Это ограничение тоже надо понимать, если мы вздумаем строить парусник из пресловутых нанотрубок.

Собственно мне кажется, что для микроволнового паруса – это наименее подходящий материал.
1) Углеродные материалы имеют относительно низкую проводимость.
2) Если же говорить о нанотрубках – то они термодинамически нестабильны. А для паруса – это очень плохо.

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.

В нанотрубке при повреждении атомы будут реорганизоваться, но только не в нанотрубку, а будут иметь тенденцию переходить в термодинамически выгодное состояние, т.е. графит. Ваша структура из нанотрубок рассыплется в мелкодисперсный графит задолго до того, как успеет испариться.

Думаю, что наноструктурным материалам (а все они термодинамически нестабильны) – в парусе, подвергающемся большим дозам облучения – не место.