Итак, что же известно на данный момент от разработчиков проекта?
Концепт системы, включая лазерный излучатель и световой парус
Проект Breakthrough Starshot, по словам авторов, — это попытка подойти к космическим путешествиям со стороны Кремниевой Долины.
Он предполагает постройку массива лазеров в высокогорных районах Земли, и создание специальных нанокрафтов — массива космических фемтоспутников, которые разгоняются излучением этих лазеров.
Компоненты системы
Нанокрафты — это роботизированные космические корабли массой порядка граммов, состоящие из двух частей:
1) Электронный модуль StarChip: Закон Мура позволил значительно уменьшить в размерах электронные компоненты. Это позволяет создать граммовые устройства, несущие на себе камеры, фотонные подруливатели, питание, навигационное и коммуникационное оборудование, представляющие собой полностью функциональный космический зонд. При этом стоимость этих зондов при массовом производстве будет равна стоимости смартфона.
2) Солнечный парус. Достижения в области нанотехнологий позволили создавать невероятно тонкие и легкие метаматериалы. Это обещает возможность создания метровых парусов толщиной в сотни атомов и массой порядка граммов.
Лазерные излучатели
Последние годы рост мощности лазеров и падение их стоимости подчиняется закону Мура. Это позволяет создать специальные фазированные массивы лазеров («light beamer»), мощностью до 100 гигаватт.
Всего проект Breakthrough Starshot потребует:
— Постройки в высокогорных районах километрового массива лазерных излучателей.
— Генерации и хранения нескольких гигаватт-час энергии для каждого запуска
— Запуск «материнского корабля», который выведет на высокую орбиту тысячи нанокрафтов
— Использования возможностей адаптивной оптики в реальном времени, для компенсации атмосферных явлений
— Фокусировки луча света на световом парусе в течение нескольких минут для разгона нанокрафтов до необходимой скорости (20% от скорости света)
— Учета влияния столкновений с межзвездной пылью в пути
— Захвата изображения планет, передачи другой научной информации на Землю с помощью бортовой лазерной коммуникационной системы
— Использования лазерных излучателей для получения данных с нанокрафтов более 4 лет спустя
Некоторые из этих требований представляют собой значительные инженерные вызовы, которые предстоит решить команде проекта. Предлагаемая лазерная двигательная система по своим масштабам значительно превосходит все работающие сегодня аналоги. Сама суть проекта предполагает глобальную кооперацию и взаимодействие.
Технические особенности проекта
Концепт системы из нанокрафтов, лазерных излучателей и электронного модуля StarChip — это, на сегодня, самый правдоподобный и реалистичный способ запустить миссию к Альфе Центавра в нашем поколении. Ключевые элементы предлагаемой конструкции системы основаны на технологиях которые уже имеются, либо будут доступны в ближайшем будущем, при разумных предположениях.
Команда ученых-экспертов проекта не видит технически нереализуемых вещей. Но, как и при любом «полете на Луну», существуют инженерные вызовы, которые предстоит преодолеть.
Авторы проекта перечислили (eng) проблемы и особенности миссии:
Электронный модуль StarChip
4 фотонных двигателя малой тяги
Лазерные диоды на 1 Ватт массой менее грамма широко доступны сегодня по очень низкой цене. Производственные тенденции таковы, что происходит удвоение мощности лазеров при той же массе каждые два года. Можно ожидать что этот тренд сохранится еще некоторое время. Это поможет создать эффективные подруливатели для нанокрафтов.
Рост мощности лазеров. Отсюда
4 камеры
Камеры на 2 мегапикселя, массой менее грамма доступны по низкой цене. Их развитие также подчиняется закону Мура, позволяя удваивать количество пикселей для той же массы матрицы каждые два года.
Интересны также потенциальные возможности камер, работающих по принципу плоского массива Фурье-захвата (PFCA). Они не требуют зеркал, линз и других движущихся частей. Состоят из массива полупроводниковых элементов, которые реагируют на свет в зависимости от его угла падения.
По объему PFCA могут быть в 100 тысяч раз меньше самой маленькой фокусной камеры. Впрочем, пока данная технология находится на старте своего пути.
Мона Лиза, снятая камерой PFCA.
Защитное покрытие
Специальное покрытие необходимо для защиты конструкции нанокрафтов от столкновения с частицами в межзвездном пространстве. Один из таких материалов — это бериллиево-медный сплав.
Батарея
Конструкция батареи представляет собой один из самых сложных технических вызовов проекта.
В настоящее время, в качестве основного источника энергии на борту рассматривается плутоний-238 или америций-241. На питание системы отведено 150 грамм. Сюда включена масса радиоизотопа и суперконденсатора, который будет заряжаться от ядерного распада.
Существуют также идеи воспользоваться нагревом фронтальной части поверхности нанокрафтов (из-за взаимодействия с межзвездной пылью). Тепловой источник может обеспечить подачу 6мВт на каждый квадратный сантиметр своей площади во время крейсерской фазы миссии в межзвездном пространстве.
Сам световой парус, возможно, удастся покрыть тонкой пленкой из фотоэлектрического материала, как это было сделано в японской миссии солнечного паруса IKAROS. Это может оказаться очень полезным при приближении к другой звезде на расстояние 2 астрономических единиц. На расстоянии 1 астрономической единицы подобный материал, даже обладая эффективностью всего 10%, будет способен обеспечить 2кВт мощности. Это более чем в 100 тысяч раз превышает мощность радиоактивного источника энергии, и, вероятно, позволит достигнуть значительно более высоких скоростей передачи данных по лазерной связи.
Коммуникация
Ориентация передатчика на Землю
Поиск Земли — достаточно простая задача, учитывая ее близость к Солнцу — очень яркой звезде, если смотреть со стороны Альфы Центавра.
Из-за дифракционного предела, угловой диаметр луча длиной волны 1 микрон на антенне метрового класса, составит около 0.1 угловой секунды. Ориентация такой точности может быть достигнута при использовании фотонных двигателей малой тяги.
Посылка изображений с помощью лазера, используя парус как антенну
Изображения целевых планет могут передаваться одноваттным лазером на борту, в импульсном режиме. При подходе к цели, парус будет использоваться для фокусировки лазерного сигнала.
Например, для паруса размером 4м, дифракционный предел размера пятна на Земле будет порядка 1000м1. Примерно такого же масштаба планируется делать принимающий массив антенн. Использование паруса в качестве оптической системы может потребовать разных форм паруса на старте миссии (при разгоне) и во время коммуникационной фазы. Для более эффективной передачи информации, при приближении к цели, парусу может быть придана форма линзы Френеля. Из-за доплеровского эффекта при сдвиге нанокрафтов относительно Земли, необходимо использование волны лазера короче, чем у системы запуска — это позволит поддерживать высокую скорость передачи через атмосферу нашей планеты.
Получение изображений с помощью массива лазерных излучателей
Недавние успехи группы MIL Lincoln Labs и Лаборатории Реактивного Движения показали возможность детектировать единичные фотоны, испускаемые лазером с очень больших расстояний. В настоящее время рекордсменом является система LADEE, которая способна работать на лунных расстояниях. Она использует методику криогенно охлажденных нанотрубок. Это позволяет передавать 2 бита на фотон. Система использует 10см оптику на космическом корабле и однометровый телескоп на земле.
Массив лазерных излучателей, задействованый при разгоне нанокрафтов, будет использована в инверсном режиме, как массив принимающих антенн.
Солнечный парус
Целостность паруса под тягой
На этапе исследования предполагается использование в миссии 100 гигаватного лазера. Как такое излучение повлияет на солнечный парус?
Самый совершенный отражающий материал на сегодня — это диэлектрическое зеркало — композитный материал с толщиной слоя подобранной под длину волны.
Диэлектрическое зеркало способно снижать количество поглощаемого тепла на 5 порядков, отражая 99.999% излучения.
Для лазера 100 ГВатт и паруса 4х4м — это значит что каждый квадратный метр паруса будет нагреваться энергией в 60 кВт. Это очень много — около 50 электрических чайников на полной мощности. Такую мощность рассеять излучением трудно. Но, как утверждают разработчики, это нагреет парус, но не расплавит его. Предполагается, что используя полностью диэлектрический парус с оптимизированными материалами будет возможно снизить поглощение ниже 9 порядков от приходящего излучения.
Рассматриваются варианты использования новых материалов вроде графена.
Возможно также использование материалов с низким поглощением, даже без высокой отражающей способности (например, стекло). Подобные материалы применяются в оптоволоконной оптике при высоких нагрузках.
Кроме защиты со стороны паруса, электроника модуля StarChip должна быть защищена от набегающего потока. Это может быть достигнуто сочетанием геометрии (ориентируя электронику «в профиль», с низким поперечным сечением) и покрытием самых важных компонентов специальной защитой. Такими покрытиями могут выступать упоминавшиеся многослойные диэлектрические решения, уже продемнострированные в лабораториях. Слабо поглощающий материал паруса вместе с ограниченным использованием высокоотражающего материала для защиты электроники, будет защищать StarChip не превышая граммового масштаба массы модуля. Для дальнейшего производства изучается конструкция из кремниевых микрокубов на подложке из диоксида кремния.
Устройство
Необходимо разработать скелет паруса, который будет держать нагрузку при разгоне устройства, быть устойчивым к взаимодействию с межзвездной средой, и будет способен менять форму паруса. В данный момент рассматривается ряд композитных материалов на основе графена, которые способны менять свою длину в зависимости от электрического напряжения, приложенного к ним. Ранее было показано, что центробежное ускорение крошечных масс по краям может натягивать парус.
Удержание на луче
Форма луча и устройства светового паруса должны быть оптимизированы для стабильности на фазе запуска. В этот период порядка 10 минут, парус получает 1 тераджоуль световой энергии. По этой причине, даже мелкие различия свойств паруса или неоднородности луча, переместят центр давления с центра масс паруса, и сместят его вектор тяги.
Современная индустрия оптических покрытий при массовом производстве смартфонов и телескопной оптики уже находится на приемлемом для миссии уровне качества. Но конечный материал паруса пока не существует и должен быть разработан.
Лазерный излучатель
Стоимость
Оценка ориентировочной стоимости лазерного массива на Земле основана на экстраполяции двух последних десятилетий, а также на перспективах удешевления при массовом производстве.
Стоимость лазерных усилителей снижается экспоненциально с 1990г по 2015г, сокращаясь вдвое каждые полтора года. Если тренд продолжится, строительство большого излучателя в ближайшие десятилетия обойдется на несколько порядков дешевле.
Пока разработчики сравнивают стоимость с крупнейшим научным проектом в мире. Это может быть, например, МКС (стоимостью $157 млрд) или экспериментальный термоядерный реактор ITER ($15 млрд).
Фаза
Для проверки возможностей системы был изучен случай с парусом метрового масштаба. Например, для фокусировки луча света на парусе 4х4м на расстоянии в 200 тысяч километров, потребуется угол фокусировки в 2 нанорадиана (0.4 угловых миллисекунд). Это дифракционный предел для километрового лазерного излучателя, работающего на длине волны в 1 микрон.
Интерферометрия для Event Horizon Telescope продемонстрировала возможность достижения суб-нанорадианной точности на длине волны 1мм.
Атмосфера
Атмосфера вводит два эффекта:
— поглощение (нарушение целостности передачи)
— снижение качества луча (размывание луча)
Передающая способность атмосферы на длине волны 1 мкм очень хороша — более 90% для объектов расположенных высоко в горах. При таком расположении установки это снизит размывание луча в атмосферой, что позволит адаптивной оптике максимально приблизиться к дифракционному пределу. Атмосферная турбулентность, которая размывает луч, примерно в 4 раза ниже на высоте 5 км, чем на уровне моря. Еще больше нивелировать действие атмосферы можно коррекцией режима работы лазерных излучателей с помощью маяка в космосе.
Проект Breakthrough Starshot хочет достичь дифракционного предела для оптических лазерных систем в 0.2-1 км. Это на 1-2 порядка лучше существующих решений, однако нет никаких фундаментальных ограничений в достижении этой цели.
Запуск:
Точность наведения на метровый парус
Лазерный излучатель должен фокусироваться в пятно на парусе меньше чем размер самого паруса на орбите 60 000 км над землей.
Наведение лазера должно быть согласовано с положением звездной системы Альфы Центавра так, чтобы пролет системы проходил в пределах двух астрономических единиц. Использование фотонных двигателей малой тяги позволит корректировать курс на 1-2 астрономических единицы.
В задаче позиционирования луча основной является проблема удержания паруса на луче. Это зависит от размеров паруса и расстояния до него. Для метрового паруса рабочее расстояние для запуска может достигать нескольких миллионов километров. Точность прицеливания, необходимая на такой дистанции составляет несколько угловых миллисекунд. Существует несколько способов решения этой проблемы.
Модель атмосферы калибруют с помощью радара, лазерного луча и оптических измерений в реальном времени. Это позволит достичь необходимой точности позиционирования.
Большинство земных телескопов (например, телескоп Кека) имеют точность порядка нескольких угловых секунд и ограничено могут отслеживать объекты в режиме 100 угловых миллисекунд. Для целей миссии необходимо значительное улучшение точности.
Тем не менее, генерация лазерного луча системой с фазированной решеткой, с системой отслеживания сигнала маяка (для коррекции влияния атмосферы) космического аппарата может позволить достичь необходимой точности.
Удержание на паруса на луче
Существует ряд эффектов, которые делают эту задачу сложной. Это нестабильность луча, режимы работы лазера, силы действующие на парус, нагревание паруса, неоднородности атмосферы, вызванные энергией излучателей.
Вышеописанные проблемы можно решать вращением паруса и регуляция формы как паруса, так и пучка лучей, приходящих на него. Обратная связь поможет работе лазерных излучателей, но короткое время полета требует самостоятельной стабилизации системы.
Один из перспективных подходов заключается в том, чтобы придавать парусу специальную форму, стабилизирующую его положение на луче. Т.е., при вращении, на парус будут воздействовать такие крутящие моменты и силы, которые будут стремиться восстановить его ориентацию. Высокочастотная дрожь снизит общее количество передаваемой парусу энергии, но хорошая динамика паруса может снизить его восприимчивость к помехам, выше определенной частоты.
Поскольку для формирования луча будет использоваться массив с фазированной решеткой, профиль пучка может иметь такую форму, чтобы максимизировать способность паруса сохранять свою собственную позицию на луче, даже без механизма обратной связи.
Производство и хранение энергии
Производство и хранение энергии является технологическим вызовом.
Генерация 100 ГВт мощности и доставка ее в течение нескольких минут вполне достижимо на современном уровне технологий. Электростанции на природном газе могут генерировать энергию по цене $0.1 за киловатт-час.
В настоящее время так же доступны батареи и суперконденсаторы, которые способны обеспечить необходимую емкость хранения по разумной цене.
Точное определение орбитальной позиции экзопланеты
Для того, чтобы доставить нанокрафт к экзопланете с точность до 1 астрономической единицы, может потребоваться точный учет всех массивных тел вблизи траектории полета.
Часть информации может быть собрана первыми миссиями проекта и учтена в последующих запусках. Также принимаются усилия для лучшего понимания эфемерид — орбитальных позиции крупных объектов в конкретные моменты времени, способных повлиять на траекторию движения. Это включает в себя сотрудничество с крупнейшими телескопами в южном полушарии, включая Very Large Telescopes и Gemini.
Крейсерский этап:
Межзвездная пыль
Основываясь на оценках плотности пыли в ближайшей к нам межзвездной среде, за время путешествия к Альфе Центавра каждый квадратный сантиметр фронтальной площади поперечного сечения электронного модуля StarChip и светового паруса, столкнется примерно с 1000 пылевых частиц размером от 100 нанометров и выше. Тем не менее, вероятность столкновения с частицей в 1 микрометр за все время полета, составляет около 10%. А вероятность встретить более крупные частицы — незначительна.
Пылевая частица размером 100 нанометров, двигающаяся на скорость в 20% от скорости света, проникнет в электронный модуль на глубину порядка 0.4мм. Для оценки эффекта, приведены расчеты для модуля, размерами 10см х 0.1мм. Площадь поперечного сечения такого модуля составляет 0.1 см2. Защитное покрытие из бериллиевой бронзы, нанесенное на переднюю часть такого модуля, может обеспечить его защиту от воздействия пыли и эрозии. При необходимости, геометрия StarChip может быть изменена (например в форме «иглы») для дальнейшего уменьшения площади поперечного сечения.
Сам парус, для минимизации повреждений, может быть свернут в более обтекаемую конфигурации во время крейсерской фазы полета.
Импульс от удара частицы размером 100 нм сравнительно мал, и может быть компенсирован фотонными подруливателями.
Влияние межпланетной пыли внутри солнечной системы незначительно по сравнению с межзвездной пылью. О наличии пыли в системе Альфы Центавра известно мало.
Межзвездная среда и космические лучи
Средняя длина свободного пробега и ларморовский радиус частиц межзвездной плазмы намного больше, чем размер нанокрафта. Это означает, что такие частицы будут влиять на стенки независимо друг от друга, не образуя ударный шок.
Протоны из межзвездной плазмы на скорости 20% от скорости света, будут воздействовать на нанокрафт с кинетическими энергиями 18 МэВ, а электроны будут иметь энергию 10.2 кэВ. При этом не имеет значения, объединены ли протон и электрон в атом водорода, или прилетают по отдельности. Будет происходить эрозия поверхности нанокрафта из-за распыления. Количество распыленных таким образом атомов будет составлять порядка 1000 на см2. Полная потеря массы передней поверхности устройства составит лишь несколько слоев.
Протоны на энергии 18 МэВ будут проникать на глубину порядка нескольких миллиметров. Поэтому будет необходим защитный слой, способный остановить такие частицы, чтобы избежать повреждения электроники.
Космические лучи гораздо менее редки, чем межзвездные протоны, а значит могут быть проигнорированы. Столкновения с более тяжелыми элементами должны быть смягчены защитным покрытием: ядра гелия имеют энергии порядка 72 МэВ и их количество составляет около 10% от количества свободных протонов. Ядра элементов углерода, азота и кислорода несут энергии в 200-300 МэВ и присутствуют в количестве 0.01% от общего количества.
Для разработки технологий защиты, необходимо проведение лабораторных экспериментов для ионов, движущихся со скоростью 20% от скорости света и сталкивающихся с твердым телом.
Столкновения с межзвездными ионами и электронами, теоретически, может иметь свои преимущества: они могли бы придать нанокрафту потенциал до 10 кВ (кинетическая энергия на электрон). Фронтальная поверхность нанокрафтов будет нагреваться со скоростью 6 мВт на см2, что даст небольшой термоэлектрический источник энергии при путешествии в межзвездной среде.
Комментарии (116)
Vjatcheslav3345
28.04.2016 12:53+1На этапе исследования предполагается использование в миссии 100 гигаватного лазера. Как такое излучение повлияет на солнечный парус?
Вопрос — а зачем сразу врубать эти гигаватты, если система модульная и лазер светит импульсами, то наращивать светимость можно постепенно (причем годами, параллельно совершенствуя лазеры), ну и к моменту выхода на полную мощность расстояние сделает своё дело, рассеивая энергию.
«Современная индустрия оптических покрытий при массовом производстве смартфонов и телескопной оптики уже находится на приемлемом для миссии уровне качества. Но конечный материал паруса пока не существует и должен быть разработан.»
Так и представил себе фразу из учебника истории спуста 150 лет:): «В начале 21 века, Человечество сделало первые шаги в Большой Космос. Во многом это была заслуга тогдашних государств, но и простой гражданин тоже приложил к этому руки — если б не его платежеспособное стремление иметь на заставке смартфона котика, время, потребовавшееся на разработку нужных для первого полёта материалов было бы гораздо больше»
sumanai
28.04.2016 16:00+1> ну и к моменту выхода на полную мощность расстояние сделает своё дело, рассеивая энергию.
Так потратится значительно больше энергии, а она далеко не бесплатна.
zookko
28.04.2016 12:58Лазеры всё равно надо строить, пригодятся, когда будем отстреливать метеориты и инопланетянинов. Ну, и космический мусор можно пожечь.
UDiy34r3u74tsg34
28.04.2016 13:07Почему они не хотят разместить свою мега-указку где-то в районе L1?
qrck13
28.04.2016 13:19+2Питать ее там чем? Ей очень дофигища энергии нужно будет. Нужно будет запускать вместе с указкой еще полноценную АЭС.
UDiy34r3u74tsg34
28.04.2016 13:23Солнечную батарею на пару квадратных километров развернуть. Не более утопично чем тераватный светильник с собственной АЕС в горах. Правда такая штука будет крайне небезопасна
mr_tron
28.04.2016 13:33-1Солнечным ветром снесёт нафиг. Или надо делать это на базе астеройдов, но тогда лучше L4 или L5. А если запускать реактор, то лучше в L2 в полутени земли.
UDiy34r3u74tsg34
28.04.2016 13:38ТОже вариант. Например начать с этого https://ru.wikipedia.org/wiki/2010_TK7
а потом уже перенести на https://ru.wikipedia.org/wiki/(3753)_%D0%9A%D1%80%D1%83%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%B8
Rumlin
28.04.2016 14:12+1И еще современные 330/500 ЛЭП от АЭС в «высокогорные районы Земли». С экономической точки зрения построить такую гигантскую инфраструктуру — это утопия.
Orcus13
28.04.2016 14:49Текущая стоимость постройки АЭС — около $2 млрд за Гигаватт.
Большой вопрос — каким образом будет производиться запасание и трата энергии. Сейчас речь идет о суперкондесанторах.Rumlin
28.04.2016 16:19Запасается самими лазерами. Поэтому вопрос «накачки» к конструкторам. Другой момент подача этих мегаватт на площадки. Строительство ЛЭП в «горные районы» — это очень дорого.
UDiy34r3u74tsg34
28.04.2016 19:18АЭС, кажется, нельзя просто так включать-выключать. То етсть потребление должно быть стабильным. Выключать фонарик будет опасно. экологи будут очень рады такому калориферу
Rumlin
29.04.2016 11:58Потому это должна быть развитая страна с объединенной энергосистемой, компенсирующей скачки. Т.е. выбор ограничен. Звезда должна быть видна — это южное полушарие. Выбора там горной страны нет — только Южная Америка. С энергосетями там плохо.
Orcus13
28.04.2016 13:52Вам придется выводить на орбиту тысячи тонн груза, что будет стоить гораздо больше предполагаемой стоимости проекта (около $10 млрд)
UDiy34r3u74tsg34
28.04.2016 13:56То есть всё остальное в этоти деньги вписывается? Задача же в том, чтобы заработало. С земли маловероятно. Оновсюду маловероятно, но с земли ещё меньше
Vjatcheslav3345
28.04.2016 14:02Земля в Чечне в ауле — 1 кв. км стоит 1333333333,3 рубля (http://chechnya.sindom.ru/prodayu-uchastok-a5705920.html) — но это в нас. пункте а просто в ущелье будет ещё дешевле. Так что да, дешевле и с военной точки зрения безопаснее — не пульнёт эта пушечка с орбиты по планете.
zookko
28.04.2016 14:10вот ей же кстати можно и проплавить лёд на Европе, подлёдный океан исследовать
Rumlin
28.04.2016 14:15С таким же успехом дешевле спектр можно получить, если что то большое и быстрое упадет на этот лед. Скорее всего мелкие примеси будут невидны за мощными линиями основных веществ.
UDiy34r3u74tsg34
28.04.2016 14:18Оно то не дорого но требует постройки гигаватной електростанции под один конкретный пуск ещё и в глубинке. Эффективность светильника в атмосфере на вращающейся планете явно хуже чем на орбите. А на основе этой штуки можно уже пилить МКС v2.0 и использовать в дальнейшем.
Robotex
28.04.2016 21:41За 10 минут не должна сильно планета повернуться
UDiy34r3u74tsg34
28.04.2016 21:492.5 градуса, но это только запуск. А ещё ж корректировать нужно будет
Robotex
29.04.2016 00:16А корректировать таким способом и невозможно. Для корректировки будут использоваться лазерные диоды на самих аппаратах, парус только для начального ускорения
Neuromantix
28.04.2016 13:22А о каких гигаваттах идет речь — импульсных или непрерывных?
Orcus13
28.04.2016 13:33Как понимаю, такую мощность порядка 100 ГВт планируется отдавать лазерному массиву в течение 10 минут.
Mad__Max
30.04.2016 04:40Тогда не понятно как они собрались 20% скорости света достичь. Если «наноспутник» а реальности хорошо если в 1 кг по массе уложится со своими 16 квадратными метрами паруса, электроникой, системой питания, коррекции курса и дальней связи.
Давление от 100 ГВт отражаемого (берем удвоенный импульс) света даст тягу порядка 650 Н и соответствующее ускорение 650 м/с2 (65 g).
За 10 минут такими темпами он разгонится «всего» до 390 километров в секунду или 0.13% скорости света, а не 20% — отлично для исследования дальних окрестностей солнечной системы, но непригодно для межзвездных полетов.
А до 20% скорости света его около суток придется на луче вести при условии, что луч все это время получится фокусировать в пятно размером в парус или меньше. Или дольше с учетом того, что начиная с какого-то расстояния сечение лучей лазеров по площади станет уже больше площади паруса. Ну и с перерывами из-за вращения Земли, когда на аппарат невозможно будет будет наземные излучатели навести.
В общем в лучшем случае несколько суток на разгон, а не десятки минут.Orcus13
30.04.2016 07:21Масса аппарата предполагается около 1 грамма (0.001 кг). Тогда ускорение будет 65 000 м/с2.
С килограммом проект выглядит еще менее осуществимым.Mad__Max
02.05.2016 00:38+11 гр.? Ну это они просто бредят. Электронный чип с простейшими датчиками отдельно может в 1г и впихнут.
Но кроме него у них один источник энергии несколько сот грамм по их же собственным оценкам. И 16 квадратных метров парусов, которые даже если их сделать толщиной хотя бы 10 микрон(тончайшая пленочка, которая скорее всего не выдержит возникающих механических нагрузок, не говоря о более тонких) будут весить порядка сотни грамм даже без учета «силового каркаса» (чтобы он сохранял форму и передавал давление излучения на сам аппарат, а не был смят давлением).
Вообще сходил почитал оригиналы. Такое ощущение что там не ученые и инженеры собрались, а мечтатели очень слабо понимающие физику сидят вперемешку с жуликами мечтающими освоить мегабаксы на этапе «предварительного изучения и проектирования» и потом заявить «ну не шмогла я», а практическая реализация даже не предполагается.
В лучшем случае (если думать о людях хорошо предполагая лучшее) — понимают и целенаправленно обманывают выкладывая в качестве «заманухи» заведомо нереальные параметры и цели, чтобы сыграть на тяге и мечтах части людей о путешествиях к звездам и привлекая за счет этого интерес и деньги спроектировать уже реальные аппараты подобного типа(фотонный парус + стационарные лазерные ускорители) пригодные для бодрого исследования дальних планет солнечной системы и ее ближайших окрестностей в радиусе 100-1000 а.е., что тоже важно и интересно, но «вау эффекта» не вызывает и потока денег не привлечет.
Jaa
28.04.2016 13:30Допустим. А торможение?
Orcus13
28.04.2016 13:32Не предусматривается. Да и нет средств затормозить с 0.2с, за исключением экзотических.
sHaggY_caT
28.04.2016 16:24Магнитный парашют Зубрина же. Но для нанокрафта он, по-идее, невозможен.
Sykoku
04.05.2016 15:15Есть статья Болонкина: http://arxiv.org/ftp/physics/papers/0701/0701060.pdf
В ней автор вскрывает глубокую ошибочность расчетов подобного паруса. Он утверждает что все, кто считает динамику ветра в петле, недооценивает влияние электронов. Электроны, которые в тысячи раз легче протонов и потому динамика которых обычно не принимается при расчете импульса всерьез, создают в тысячу раз большее нейтрализующее магнитное поле.
Электроны и протоны, попав в магнитное поле петли, будут, разумеется, закручиваться в разные стороны. При этом электроны (вроде бы) будут закручиваться в тысячу раз «круче» (они менее массивны). Ларморовский радиус у них меньше. Вроде как получается два противотока. Протонный и электронный. Но будет ли электронный ток создавать в 1000 раз более «крутое» поле?
TimofeyS
28.04.2016 13:44А мне вот интерестно, почему все варианты (встреченные мною на geektimes) рассматривают исключительно одну технологию. Например есть проект с использованием паруса «ловящего» солнечный ветер. Он разгоняется до меньших скоростей, но позволяет запускать более тяжелые объекты. Это будет первая межзвездная ступень. Далее от нее отделяются указанные в статье спутники и поочередно разгоняются лазером. Хотя проблема рассеивания луча только увеличивается.
Еще любопытно использование ядерных взрывов для начального толчка. При такой малой массе спутника он не должен пострадать от перегрузок. Через некоторое время после взрыва спутник выходит из защитной капсулы и разворачивает парус. Далее спутники с траекторией наиболее близкой к желаемой (способные компенсировать отклонение ), облучаются лазером.
И вопрос можно ли отклонением от оси луча лазера компенсировать отклонение от траектории? Тогда можно было бы корректировать траекторию и на более поздних этапах полета.Orcus13
28.04.2016 13:45Чем дальше спутники, тем меньше излучения от массива лазеров на них будет попадать. Это делает невыгодным использование других двигательных установок на территории солнечной системы.
И это накладывает значительные ограничения на начальную массу «спутников».TimofeyS
28.04.2016 13:53Потому я и рассмотрел вариант ядерного взрыва, как быстрое ускорение, а затем не успев далеко отлететь от Земли используем лазеры.
А для компенсации отклонения от траектории нам большие мощности уже не нужны.
Tufed
28.04.2016 15:12При любом взрывном ускорении на выходе получаем бесполезную плюшку вместо спутника. В качестве исключение можно попробовать(при небольших врывных силах оно будет работать) сделать в виде монолитного ядра с специально выровненной внутренней упругостью. я имею ввиду разные материалы с как можно более равной прочностью и уж точно без газовых зазоров и пузырьков, и с достаточной прочностью чтобы не сплющится от взрыва. Например монолитный стальной шар сломать взрывом достаточно проблематично, но вот инерция+ударная волна(нехилая такая, от ядерного взрыва) могут сыграть нехилую шутку и превратить наш шарик в лепешку или подсплющенный шарик (с известными проблемами нарушения целостности межатомных связей внутри оного). так что я лично считаю эту идею, ровно как и идею с лазерным разгоном, достойными только списания в утиль. кто не верит может попробовать ускорить кусок пластилина пустой пластиковой бутылкой и убедится в безжалостности отношения прочность/взрывное ускорение, или попробовать разогнать что угодно светя в него мощным лазером и при этом не сжечь и не расплавить (про увеличивающееся расстояние в которое нужно попасть лазером и потери мощности при этом вообще молчу, ибо там дело еще хуже).
Orcus13
28.04.2016 15:13Если вы про ядерный ракетный двигатель то это сравнительно актуальный проект.
TimofeyS
28.04.2016 15:55Я про схему импульсного ядерного двигателя. Только использовать импульс взрыва не для преодоления притяжения земли, а для разгона к звездам. Взрыв только один, для начального толчка. По поводу замечаний о ударных нагрузках, у нас не зря спутник массой в несколько грамм. При такой массе и при наличии защитной капсулы, результирующая скорость будет велика, а перегрузки воздействующие непосредственно на сам аппарат будут минимальны (по сравнению с нагрузками на защитную капсулу и прочих свидетелей)
zookko
28.04.2016 13:55Как знать, пока решат все эти сложности с лазерами и наноспутниками, возможно звездолёт с EmDrive уже успеет туда-сюда сгонять.
Jamdaze
28.04.2016 13:59-1"… Закон Мура позволил..."
В любую щель этот «закон» запихать пытаются.
Если бы Мур не вывел закономерность что, о чудо, если уменьшать тех. процесс, то кол-во транзисторов на кристале ростет, мы бы так и сидели с перфокартами?
Hegny
28.04.2016 14:07он привязал этот рост ко времени — удвоение каждые 2 года.
ну и это не закон в прямом смысле, а просто наблюдение
ServPonomarev
28.04.2016 14:05-3Феерия абсурда. Какую перегрузку способен выдержать зонд? 100g, 1000g? сколько времени с такой перегрузкой надо разгоняться до 20% скорости света?
Orcus13
28.04.2016 14:11Борис Штерн говорит о 20 000 g.
Современные артиллерийские боеприпасы с электроникой и датчиками GPS, предположительно, способны выдерживать подобные ускорения.
Другой вопрос — насколько жесткие требования к конструкции такие ускорения выдвигают. А они очень жесткие — непонятно даже насколько сам нанокрафт толщиной 0.1мм будет иметь достаточную прочность.
sielover
28.04.2016 14:19+4Немножко оффтоп, и, наверное, стоит такое писать в личку, но оставлю это здесь. Порой не могу сдержаться.
Альфа Центавра – это не двойное название. Это словосочетание. Альфа [=ярчайшая звезда] (чего?) [созвездия] Центавра. Поэтому Альфа – склоняется.
– долететь до Альфы Центавра
– исследование технической возможности полета на Альфу Центавра
– запустить миссию к Альфе ЦентавраOrcus13
28.04.2016 14:31+1Вы правы. Поправил + дополнил несколько глав статьи.
ckopn
28.04.2016 21:56Удивительно, что никто не заметил, что созвездие называется Кентавр, а не Центавр. И звезда соответственно. (http://www.astronet.ru/db/msg/1165976)
Я понял, что Википедия «обучила» всех читателей этому названию.ramzai
28.04.2016 22:14+1Написание «центавр» гораздо старше википедии.
ramzai
28.04.2016 22:27Из-за R&C потерялась ссылка: Google Books 1800-1913.
ckopn
04.05.2016 16:29Удивительно, что такая глупая ошибка переводчика так долго живёт.
ramzai
04.05.2016 20:06Ошибки нет — центавр устаревшее написание (для мифологического животного), «кентавр» стали писать уже после октябрьской революции. А в астрономии прижилось.
ckopn
04.05.2016 22:04Можно посмотреть на слова и понять этимологию слов.
Др. греческий: ?????????, Латинский: centaurus
Видно, что «центавр» это «кентавр» на латинском языке.
Скорее всего переводчик не знал происхождения слова и перевёл его именем собственным.
А вот словарь 1862 года, авторы которого знают о слове «кентавр».
Google books Сокращённый латинский словарь 1862Rumlin
04.05.2016 22:21Можно просто посмотреть астрономические карты за разные годы — Центавр
ckopn
06.05.2016 21:00Это по латински. В Средние века это был язык науки.
Старославянских звёздных карт я не видел и ничего не знаю о тех учёных.
Русский язык получил много греческих слов во время контакта с Византийской империей. Алфавит к нам пришёл оттуда. Скорее всего тогда мы и получили «Кентавра».
Другие названия созвездий мы смогли перевести.
Rumlin
08.05.2016 10:12Латинский — научный язык, на котором общались ученые, публиковались научные работы. А в народном языке использовались народные названия. Они например сохранились в украинском.
bougakov
28.04.2016 14:25+2http://trv-science.ru/2016/04/19/dvojka-po-fizike/ «Двойка по физике Мильнеру с Хокингом»
Desprit
28.04.2016 14:29"… Существуют также идеи воспользоваться нагревом фронтальной части поверхности нанокрафтов (из-за взаимодействия с межзвездной пылью). Тепловой источник может обеспечить подачу 6мВт на каждый квадратный сантиметр своей площади во время крейсерской фазы миссии в межзвездном пространстве. ..."
А можно подробнее, пожалуйста, кто немного осведомлен в вопросе? Что за цифра такая 6мВт, это за какой промежуток времени, за весь полет?Technik71
28.04.2016 16:21+16мВт это 0,006 Вт. Чтобы зажечь стандартную лампочку 60 Вт нужно в 10000 раз больше энергии.
Меня позабавило в этом проэкте то что они собираются кормить лазеры газовыми электростанциями. Я думаю к тому времени когда могут быть построены эти лазеры со всем комплексом газ будет на вес золота. И вообще людей будут интересовать более приземлённые проблемы, например как не замёрзнуть зимой согреваясь дровами.Desprit
29.04.2016 15:10Спасибо. Я неверно прочитал, первый раз встречаю в тексте милливатты, изначально подумал, что это приставка «мега», вот и дурацкий вопрос :)
А что на счет лазеров, я все же надеюсь, что это (постройка лазера) случится ДО того, как газ станет на вес золота…
Technik71
28.04.2016 16:46Да, и ещё. Чтобы из тепла получить электричество нужно не только тепло, но и холод. Т. е. разница температур. А этот самый нанокрафт небольших размеров и будет нагреватся весь почти равномерно.
zookko
28.04.2016 15:09Что станет с проектом, когда, в силу естественных причин, его покинет Хокинг, явно притянутый туда для рекламы и пиара? Сомнения большие у меня, что вообще что-то будет делаться и сдвинется дальше статеек и обсуждений.
potan
28.04.2016 15:42А почему бы не располагать лазеры на Луне? Или на астероиде, если технология позволит?
В «Пылающем острове» Казанцева есть интересный вариант связи — с помощью отраженного сигнала. Здесь он по моему был бы очень уместен — небольшие колебания зеркал влияли бы на отраженный лазерный луч, что мозло бы фиксироваться земными или орбитальными телескопами.SvSh123
28.04.2016 16:05+1Лет эдак 30 назад попадалось упоминание о похожем проекте. Только не на лазерах, а на мазерах, и парус, соответственно, из тонкой металлической сетки, по которой «равномерно размазаны» компоненты аппарата. Предполагалось, что луч обеспечит и разгон аппарата, и связь — как раз по такому принципу.
galaxy
28.04.2016 17:27Коммуникация…
Например, для паруса размером 4м, дифракционный предел размера пятна на Земле будет порядка 1000м
Ммм, это на каком расстоянии? По моим скромным подсчетам на расстоянии Альфы Центавра пятно будет как минимум в 50000км (и это для оптического лазера, для микроволнового — ~10млн. км).Orcus13
28.04.2016 17:58По моим прикидкам, так тоже не получается. В оригинале очевидная опечатка в этом месте, которая, возможно, затронула смысл.
Там же в комментариях дано самое логичное предположение:
Для паруса диаметром 4м, дифракционный предел пятна на земле составит 10 млн км, а не 1000м. Для одноваттного передатчика, получаемая мощность это составит 10-14 Ватт, или около 20 000 фотонов/секунду.
Дальше в тексте производительность коммуникационной системы также измеряют фотонами, предполагая 2 бит/фотон.Orcus13
28.04.2016 18:05Имеется в виду, что приемником в 1 км возможно будет перехватить лишь 10-14 от всего излучения (пятна диаметром 10 млн км).
galaxy
28.04.2016 20:15Непраздный вопрос: как такую мощность засечь на фоне находящейся меньше чем в угловой секунде звезды, реликтового излучения и прочих помех?
Orcus13
28.04.2016 20:49Там же в коментах оценивают мощность излучения Альфы Центавра на приемнике в 3.5 x 10-7 Ватт.
The star light doesn't seem to be a total killer. Assuming a 10 pm width filter the total light from Alpha Cen A + B falling on the receiver would be about 3.5 x 10^-7 W. That gives the spacecraft signal a contrast ratio of 3.5 x 10^7 at, presumably, a few AU projected separation which isn't too far beyond the current state of the art.
Vjatcheslav3345
28.04.2016 20:54-1Это будут очень специфические фотоны, которых в звёздном спектре быть не должно — например, фотоны поляризованного света а дальше все от приемника зависит.
Вообще у проекта есть две проблемы — энергетика лазеров и материалы нанокрафта. Но если энергию ещё можно просто купить или запасти, то с материалом ситуация сложнее.
Вообще батарею для запуска крафтов имеет смысл строить как объект двойного назначения — её основное назначение — работать выравнивающим аккумулятором в системе электроснабжения страны и изредка «отвлекаться» на запуски крафтов — тогда она станет выгодна и будет построена с участием частников.
С материалами всё сложнее — я вот что то не вижу и не слышу в этом проекте известных ученых-материаловедов, Хокинг конечно физик, но вряд ли он имеет знания этих профессионалов — а там даже малейшая ошибка к краху приведет. Не видел я материаловедов и при проектировании космического зонда, который должен будет добраться до подлёдного океана на спутнике Юпитера — опять таки — из за этого возможны проблемы в миссии. А потом мы удивляемся, чего-то у них то манипуляторы отваливаются, то зонды становятся «спящими красавицами», то антенны не открываются, то приборы ломаются, то шерсть вылазит, как в известном мультфильме.Orcus13
28.04.2016 21:16Вокруг материалов все и крутится. Надо так понимать что большая часть от $100 млн уйдет на финансирование исследований в этой области.
Инициатор проекта (Филип Любин) — достаточно адекватный ученый, хоть больше и в области астрофизики.Vjatcheslav3345
28.04.2016 22:01Вот-вот они там все «больше из области астрофизики» — потому и имеем все эти проблемы с космическими автоматами (напоминает ситуацию, когда менеджеры из банковской сферы пытаются рулить машзаводом). Реальные материалы порой разительно отличаются от своих теоретических моделей, построенных исходя из ситуации существования в «идеальном мире», например, изобретут они материал, отражающий, условно говоря, 99,999999999999999999999999999999999999999999999999999...9999 % процентов а потом выясниться что изготовить его без дефектов в макромасштабе — не получиться.
Кстати, а какие вообще достижимые коэффициенты отражения можно получить, скажем если не зацикливаться на материале нанокрафта а предоставить отражать лазер не материалу а электронному экрану/зеркалу — электронному газу, пойманному в ловушку и передающему усилие на нанокрафт с помощью полей. Такому экрану из элементарных частиц-электронов вообще побоку нагрев будет, а нанокрафту нагрев — тоже побоку — он этим экраном затенен.Vjatcheslav3345
29.04.2016 08:30А ещё для связи можно пробовать поляризованные нейтронные пучки диаметром менее микрометра (https://books.google.ru/books?id=Ic93CwAAQBAJ&pg=PA177&lpg=PA177&dq=%D0%BD%D0%B5%D0%B9%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5+%D0%BF%D1%83%D1%87%D0%BA%D0%B8&source=bl&ots=AQrdem6e_b&sig=BV5YsqIuOqXySWuzyp7b4DaDbmg&hl=ru&sa=X&ved=0ahUKEwiUn_SRjbPMAhUC_iwKHfNADtkQ6AEIPjAF#v=onepage&q=%D0%BD%D0%B5%D0%B9%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D0%BF%D1%83%D1%87%D0%BA%D0%B8&f=false)
Vjatcheslav3345
30.04.2016 14:51Вообще же материаловедение требует к себе очень-очень уважительного отношения даже на земле. Поэтому изучая космические проекты нужно не забывать о них.
«Конструкционные материалы для нового витка технологий»
http://www.computerra.ru/146191/konstrukcionnye-materialy-dlya-novog/
Vjatcheslav3345
28.04.2016 20:27В различных средах есть такое явление как самофокусировка лазерного луча. Нельзя ли им воспользоваться в космическом газе — возможно, хоть не свет, но какие то излучения фокусируются и эти можно попробовать воспользоваться.
grekmipt
28.04.2016 21:59В статье (да и вообще нигде толком из популярных ресурсов) не рассмотрен один мааааахонький вопрос, который сразу делает проект заведомо не реализуемым… Целостность паруса (именно паруса а не чипа) в следствие его столкновения с космическими частицами на такой скорости (т.е. не нано и микро-пылью, а отдельными атомами/молекулами концентрация которых на много порядков выше).
Т.к. помимо макро-образований есть и просто отдельные атомы, которых довольно много (для такой дистанции и времени полета).
Данный коммент не мой (взят и чутка развернут с форума альмаматер) — но с цифрами вполне согласен:
Атом (или молекула) водорода на скорости 0.3 С наносит удар по парусу с энергией ~100 Мэв. Если он толщиной 100 атомов (это из первоисточника, да и согласуется с суммарной массой в 1 г и требуемой площадью паруса) — то в результате такого соударения дыра будет, радиусом ~10 нм. Т.е. 1 см^2 паруса достаточно повстречать ~10^11 атомов, чтобы от него ничего не осталось. Плотность атомов в окрестности солнечной системы ~10^(-4)/см^3, если не больше. Значит, на такой скорости конструкция пролетит максимум 10^15 см = 10^10 км. Это на четыре порядка меньше, чем нужно. Плюс, расчет очень оптимистический. Космическую пыль и плазму не учитывает, например.
А защита паруса, которая позволит ему прожить достаточно долго на такой скорости соударения с космическими частицами — потянет уже на килограммы, которые уже ну никак не разогнать лазером с Земли. Если же основной разгон произвести в солнечной системе, то и вовсе парус испарится полностью не долетев до границ солнечной системы.
Возможно, суть проекта озвучил сам же его продвиженец, а именно (не дословно но общая мысль): «суммарный бюджет проекта на 2 порядка больше сделанных инвестиций, надеюсь что после них удастся такие средства привлечь». Т.е. нормальный такой бизнес с плечом 1 к 100…Vjatcheslav3345
28.04.2016 22:18Парусами можно стрелять как из пулемета — штук 1000 за раз — пока один таранит газ, другие следуют за ним, как за ледоколом, постепенно перенимая функции тарана.
Вообще я думаю, лучше сильно не выеживаться с наземными лазерами, а разогнаться за счет Солнца, подойдя к нему, значительно ближе Меркурия, и используя для разгона его ветер и излучение и, какое то время пролететь со скоростью потока солнечного ветра, защищающего от ударов части встречных атомов и частиц среды. Полёт продлится дольше но вероятность долететь целым будет выше.grekmipt
28.04.2016 22:41не выйдет — заведомо невозможно «выстрелить» таким образом чтобы на дистанции разгона все паруса строго следовали друг за другом по каналу равному ширине паруса. Разброс даже в тысячные угловой секунды — даст полное расхождение такой пачки (перестанет работать идея «ледокола»).
Vjatcheslav3345
28.04.2016 23:40Автокоррекция в полёте..., разве нет сэр?..
grekmipt
29.04.2016 01:14Импульс (давление лазерного эм-поля) направленный на парус имеет вполне конкретный и неизменный вектор. Так что парусу просто неоткуда взять боковые поправки (ибо закон сохранения импульса и вот это всё). А учитывая что весь аппарат весит 1 грамм — не думаю что возможны какие-то активные средства коррекции. В общем, я не представляю как парус с «лазерной тягой» может существенно менять вектор своего движения. Не подскажете — как? )
Vjatcheslav3345
29.04.2016 01:48Встречал идею материала с управлением направлением отражения луча — за счет отклонения и появится боковой импульс.
Vjatcheslav3345
29.04.2016 08:41И ещё — «ледоколом» может быть предварительно выстреленный вперед пучок нейтральных частиц или целый их набор диаметром 0,1-1 микрометра — он сносит всё на своём пути, а уже за ним идут паруса. Если стрелять предварительно 0,5-3 года перед полётом, то пучок образует почти чистый канал, пробитый к месту назначения в межзвездной среде — потом накачка пучка прекращается и в стремительно захлопывающемся канале пролетают паруса.
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B5%D0%B9%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%84%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%B0#.D0.9F.D0.BE.D0.BB.D1.83.D1.87.D0.B5.D0.BD.D0.B8.D0.B5
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B5%D0%B9%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BE%D0%BF%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0
https://books.google.ru/books?id=Ic93CwAAQBAJ&pg=PA177&lpg=PA177&dq=%D0%BD%D0%B5%D0%B9%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5+%D0%BF%D1%83%D1%87%D0%BA%D0%B8&source=bl&ots=AQrdem6e_b&sig=BV5YsqIuOqXySWuzyp7b4DaDbmg&hl=ru&sa=X&ved=0ahUKEwiUn_SRjbPMAhUC_iwKHfNADtkQ6AEIPjAF#v=onepage&q=%D0%BD%D0%B5%D0%B9%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D0%BF%D1%83%D1%87%D0%BA%D0%B8&f=false
http://www.nsu.ru/4c7b5d77e0ae15b054bb579be04d99faOrcus13
29.04.2016 09:41Если стрелять предварительно 0,5-3 года перед полётом, то пучок образует почти чистый канал, пробитый к месту назначения в межзвездной среде — потом накачка пучка прекращается и в стремительно захлопывающемся канале пролетают паруса.
Есть ощущение, что схлопывание канала произойдет менее чем за секунду. Да и сами частицы пущенные корабля разлетятся, т.к. вам их нечем удерживать.
А вообще, в проекте дедал один из вариантов защиты корабля заключался в том, чтобы пустить впереди корабля газовое облако, которое будет гасить набегающий поток.Vjatcheslav3345
30.04.2016 14:59Не успеет схлопнуться, по проекту крафты разгоняются до околосветовых скоростей за считанные десятки минут.
А вот канал пробивать лучше всего тяжелыми и долгоживущими атомами, разогнанными до субсвета — на выходе из ускорителя их нейтрализуют инъекцией электронов и далее летят уже нейтральные «снаряды», никуда не разлетающиеся.
И «бурить» космос будут со стационарного спутника а вовсе не с корабля.
Vjatcheslav3345
30.04.2016 15:12И необязательно здесь сильно заморачиваться с высокими технологиями материалов — крича «графен! я требую чистый графен!»
Между прочим — самый простой вид такого материала, изменяющего направление отражения — фольга, на которой размещены управляемые чипами искажающие фольгу элементы — электромагниты или сплавы с памятью, биметаллы и т. д.
Искажение формы поверхности даже в микрометры уже даст нужный результат.
Technik71
29.04.2016 09:50Чтобы разогнатся за счёт Солнца парус должен быть огромный, а значит тяжелый, что сводит на нет пользу от размеров. Лет 30 назад читал вариант размещения в космосе огромной линзы Френеля которая будет фокусировать свет Солнца на небольшом парусе. Это решает кучу экономических проблем и проблем с влиянием атмосферы и вращения земли. Конечно собрать такую линзу в космосе — непростая задача, но батарея лазеров на земле по моему намного сложней.
Orcus13
29.04.2016 10:06Да, площадь такой линзы должна быть порядка нескольких квадратных км. Сомнительно, что есть материалы, которые способны обеспечить целостность такой конструкции, не превысив массы в десятки тысяч тонн. А это уже десятки миллиардов долларов только для вывода такой массы на орбиту.
Постройка массива требуемых лазеров на сегодня — сравнительно линейно масштабируемая задача. По мнению авторов ее стоимость должна уложиться в $10 млрд.
Не надо забывать также, что в случае с размещением линзы в космосе, возможности по управлению световым потоком резко сократятся и усложнятся. Конкретно это будет касаться диэлектрического стекла — материала покрытия паруса. Оно расчитано только на очень узкий диапазон длины волны (толщина слоя этого композитного материала подбирается под определенную волну). Широкий спектр оно будет поглощать и нагреваться.Technik71
29.04.2016 10:11Целостность конструкции в космосе не требуется обеспечивать за счёт большой прочности материалов — невесомость всётаки, и ветра почти нет. Модули МКС (немаленькая хрень) сделаны из алюминия толщиной 3 мм.
Orcus13
29.04.2016 10:14с одной стороны — невесомость.
с другой — неравномерное нагревание, огромный размер, и при этом требование жестко держать форму.
масса квадратного километра материала толщиной 1мм с плотностью воды — тысяча тонн.Vjatcheslav3345
30.04.2016 15:06Есть идея — не париться с космическими сооружениями а построить линзу Френеля прямо на земле с отражающим лучи обратно в небо материалом, заняв по это дело бесплодные земли тропической пустыни — Сахара или Австралия. Забыть о лазерах и использовать обыкновенный солнечный свет собираемый линзой. Вроде сейчас доступные материалы, которые могут менять свои оптохарактеристики по действием электричества или магнитного поля — вот их и пустить на эту систему.
БАК же построили… а там пришлось копать километровые туннели — а не просто раскатывать на грузовике по пустынному плато или равнине с дюнами и закапывать в грунт опоры выставляемых модулей, связанных в единую сеть.Vjatcheslav3345
30.04.2016 15:18«раскатывать на грузовике по пустынному плато или равнине с дюнами и закапывать в грунт опоры выставляемых модулей, связанных в единую сеть»
Вот тут бы здорово ту же практику для студентов на этом деле организовывать, а не слать их «на картошку» как это было в СССР во время оно — такие линзы можно дешево строить поблизости от любого города с универом по всей Земле а потом использовать их объединенную мощь для пусков.
Bronx
04.05.2016 22:11«Жестко держать форму» не равно «конструкция должна быть жёсткой». Можно, например, использовать рой зеркал площадью порядка сотен метров каждое, создающих динамическую апертуру.
Orcus13
28.04.2016 22:26Во время пути парус можно повернуть ребром. К тому же, парус предполагается на 4-5 порядкв больше чем 1 см2
grekmipt
28.04.2016 22:38да хоть на мильон порядков — какая разница если статистически гарантированно испарится каждый квадратный см поверхности )))
Orcus13
28.04.2016 22:49Собственно, в оригинале авторы и предлагают сворачивать парус:
To mitigate the impact of dust further the sail could potentially be folded into a streamlined configuration during the cruising phase to Alpha Centauri.grekmipt
29.04.2016 01:10Всё бы хорошо, но. Если разгонять быстро (внутри солнечной системы где концентрация частиц зело больше чем в дальнем космосе) то такой парус пролетит до испарения расстояние сравнимое с расстоянием до луны. А если разгонять медленно, то это и значит, что по парус будет в развернутом состоянии достаточно долго для испарения (да и основной разгон далеко за пределами солнечной системы уже совсем нереален в силу расходимости лазерного пучка). Так что как ни крути — а лажа.
Orcus13
29.04.2016 07:36Основной разгон планируется лишь первые 10 минут.
Ваше утверждение про то что парус испарится не долетев до Луны выглядит спорным. Хотелось бы видеть хоть какие-то расчеты, подтверждающие это.
Авторы проекта уверены, что влияние межзвездной пыли и частиц будет гораздо больше чем межпланетной пыли в пределах Солнечной системы. Одна из причин этого — траектория запуска к Альфе Центавра быстро выводит аппараты из плоскости эклиптики Солнечной системы.
Хотя при этом пылевой контент целевой звездной системы остается неизвестным.
ru34
29.04.2016 09:55Интересно, как отнесутся инопланетяне к «подарку» на скорости 0.2с?
Решат еще, что им объявили войну.Technik71
29.04.2016 10:06+1Если они вообще там есть и находятся хотя-бы на нашей стадии развития то или ничего не заметят (вспомните как все «проморгали» челябинский метеорит размером намного поболее зонда и скоростью на порядки меньше) или загадают желание когда увидят падающую звезду если зонд попадёт точно в планету, что маловероятно. В возможность развития цивилизации радикально более нашей я, лично, не верю
br0x
04.05.2016 11:06Насколько я помню, правильнее говорить «фазированные массивы», а не фазовые. По крайней мере, с фазированными антенными решетками было так, не вижу причин, почему с лазерами должно быть иначе, идея-то общая — формирование луча с заданной диаграммой направленности
Throwable
Утопия в чистом виде. Расходимость лазерных пучков составляет от 1 до 20 угловых минут, что на расстоянии в 100 км уже дает 30-метровое пятно. Причем, чем меньше расходимость, чем больше энергии теряет лазер на фокусировку.
Вторая проблема — разогрев. Действие 60 кВт на квадратный метр без постоянного оттока тепла за несколько секунд разогреет материал до плавильных температур. Не знаю откуда у авторов взялась уверенность, что материал выдержит. Действие 100 гигаватт как-никак. Коммуникационная аппаратура для дальней связи помимо антенны потребует гораздо бОльших масштабов всех агрегатов, начиная с генератора. Ну и остальное тоже вилами по воде.
Zenitchik
Вы меня опередили. Уже больше десятка лет на разных форумах то и дело поднимают вопрос, а можно ли послать зонд к соседней звезде. И каждый раз вопрос способа разгона оказывается забыт из-за того, что вопрос связи на межзвёздных расстояниях — сложнее. Дальше десять страниц про связь, после чего тема умирает.
В сухом остатке: что-нибудь очень лёгкое, мы наверное сможем послать к Проксиме на пределе наших и перспективных технологий, но мы не сможем отправить туда ничего, способного с нами оттуда связаться.
Throwable
Единственный вариант — возвращаемые аппараты. С этой точки зрения солнечный парус — более привлекательная идея.
Dmitry_Dor
В принципе может быть вариант Радиорелейной связи
И если этот «рой» будет лететь цепочкой, то например при 1000 последовательных ретрансляторах в цепочке до Альфа Центавра (4,3 световых года) расстояние между соседними ретрансляторами получится порядка 250 а.е. Что, конечно, тоже немало, но в принципе вполне осуществимо.В данном случае судя по статье Юрий Мильнер и физик-теоретик Стивен Хокинг отправят рой наноспутников к Альфа Центавра
Конечно тут встает вопрос надежности, чтобы выход из строя одного «звена» в цепочке не разорвал всю цепочку, поэтому ретрансляторы должны иметь как минимум двукратный запас по дальности (ну, или цепочка должна содержать кратно больше ретрансляторов «про запас»)
Orcus13
Интересно как вы оцениваете количество энергии, необходимой аппаратам для того, чтобы радиопередатчик и приемник видели друг друга на расстоянии 250 а.е.
mihmig
Там наверное можно сделать «сверхчувствительные» приёмники — ведь уровень помех в межзвёздном мространстве низкий…
Плюс «подстройка» передатчика по принципу радиолокации.
Zenitchik
Как сказать. Направление полёта — от Солнца к Альфе. Т.е. оба аппарата должны будут выделять сигнал друг-друга на фоне излучения одной или другой звезды. Это уже совсем другая картина помех.
Orcus13
Как понимаю, на уровне 1000-2000К уже будет достаточное рассеяние для 60кВт. Но тогда придется выносить электронику достаточно далеко (чтоб не перегрелась).
Причем, всей этой конструкции необходимо будет обеспечить устойчивость к перегрузкам в тысячи g.
StrikerusRus
Если я правильно понимаю, то далеко электронику выносить не придется, достаточно соединить парус и блок с электроникой не физически, а при помощи сверхмощных магнитов или вообще посадить на квантовый замок.
Lexi
> Действие 60 кВт на квадратный метр
Солнечная постоянная — 1.4 кВт/м?. Разница не такая уж грандиозная.
Ну и они рассматривают не только «High reflectivity. Use a material with better than 99.999% reflectivity»
но и варианты с малым поглощением «Low absorption. Use a material (such as glass) that has a very low absorption coefficient even when not highly reflective. Such materials are used in fiber optics systems with high power applications.»
Тут уже поглотятся только сотни ватт, хотя понятны проблемы с кпд и полезной нагрузкой. Но безнадёжным это всё не выглядит.
Robotex
Вы не учитываете, что парус из диэлектрического зеркала и отражает почти весь падающий свет. Поглощение будет минимальным
Mad__Max
Тут это уже учтено в мощности. 60 кВт получились после отражения 99.999% света от 100 ГВт лазера и «размазывания» оставшегося тепла на 16 кв.м. «паруса».
Mad__Max
А почему без постоянного оттока тепла? Как только что-то нагревается, оно начинает терять тепло даже в вакууме — через тепловое(ИК) излучение. Причем интенсивность этого процесса пропорциональна 4й степени температуры.
И уже примерно при нагреве до 1000 градусов будет рассеивать как раз порядка 100 кВт тепла с каждого квадратного метра.
Т.е. вопрос охлаждения решается созданием материала паруса способного выдержать такую температуру без разрушения и обладающего приличной степенью «черноты» в диапазоне ИК излучения. 1000гр это не что-то запредельное.
С расходимостью луча есть уже намного лучше. У прототипов военных волоконных лазеров размер пятна что «в упор» что на расстоянии в несколько километров особо не отличается — и это в условиях земной атмосферы, а не в вакууме. Расходимость конечно есть, но не настолько большая.
Вот насчет проблематичности обратно связи с расстояний в несколько св. лет пожалуй соглашусь — пока выглядит как нерешаемая на практике задача.
galaxy
1. Закон Кирхгофа
2. Дифракционная расходимость
физика маленько мешает, короче