Перспективы космических парусников (световых, ионных, магнитно-полевых) – попробуем разобраться

v_dushevin 18 мая 2023, 12:15:15 [ответ на alex_rozoff] “Вполне серьезно. Тяга лишь вопрос площади паруса, а ускорение — она же на единицу массы корабля”

Ох, Алекс, я весь вечер успокоиться не мог. Пришлось тряхнуть гуманитарными мозгами и вспомнить зачатки физики… Т.е. на уровне ощущений с что-то такое понимаю, но вот цифры…

Вики сообщает, что ветер создает силу 5 ньютонов на парусе 800х800 м. (на уровне орбиты Земли, 1 АЕ) По расчетам — это уже с учетом макс. возможной 90% эффективности отражения. Материал для паруса сейчас 10-12 г/м, но вроде есть и 3. Итого вес самого паруса 800х800=640 000 м2 х 0,003=2000 кг (примерно).
Даже если мы не берем фермы, которые держат парус, и сам корабль с нагрузкой, то F=ma, и ускорение будет а=F/m=5/2000=0,0025 м/с2. Это наше ускорение от такого паруса на орбите Земли.
Скорости 10 км/с такой объект достигнет за 46 дней.

Плюс непонятно, как летать против ветра и ориентироваться по ветру. Плюс сила ветра снижается, чем дальше от Солнца. И еще мы еще не брали полный вес конструкции…
Тут и с небольшим весом получается монструозная конструкция с очень небольшим ускорением. А если веса навалить… То ускорение критически снизится, время полета критически вырастет.
И непонятно, как решать проблему падения силы ветра, полета против вестра, маневрирования и проч. и проч.
Я уж молчу про то, что 800х800 — это, блин, почти квадратный километр… Идеального сверхтонкого зеркала…
По-моему, проще плазменные двигатели допиливать…

После такого скептического предисловия v_dushevin, попробуем разобраться.

Начнем с того, что космические парусники возможны трех видов
1) Световые (иногда называются также солнечными парусниками) – создающие тягу за счет давления электромагнитного излучения звезды или иного источника.
2) Ионные – создающие тягу за счет утилизации импульса потоков заряженных частиц (например, солнечного ветра)
3) Магнитно-полевые – создающие тягу за счет взаимодействия с магнитными полями звезд и планет.

3-й вид самый экзотичный (детали см: newscientist в приложении – Материалы по космическим парусникам)

2-й вид считался малоперспективным, пока не появилась концепция плазменного паруса. (детали см: компьюлента и centauri-dreams в приложении)

1-й вид исследован наиболее полно (см. модели в приложении)…

…Однако, это не отменяет скептического возражения v_dushevin. Суть в том, что обычные пленочные материалы (даже считающиеся сверхтонкими) имеют слишком высокую массу на единицу площади для такого паруса.
Проблему можно попробовать решить за счет радикального повышения светового потока (концепция “солнечных парусников, ныряющих в Солнце”), но можно пойти по пути столь же радикального снижения толщины и соответственно массы паруса.
В своем расчете v_dushevin брал пленку с плоской плотностью 3 г/м2 (это весьма достойно для обычных пленок). Однако что если взять мономолекулярную или олигомолекулярную пленку – наиболее известным примером которой является графен, однако уже появились другие “плоские материалы” (бифенилен, силицен, станен и т.д.).

Плоская плотность таких материалов менее 0.5 миллиграммов/м2.
Парус 800×800 метров, который в расчете на обычную пленку имел массу примерно 2000 кг, будет в случае “плоские материалы” иметь массу примерно 300 г.* Как делать “такелаж” для такого паруса – отдельный вопрос, но сам подход выглядит уже практически целесообразным.

Конструктивные идеи приветствуются.

Текст: А. Розов

Источник

• Ключевые слова: Перспективы космических парусников,световых,ионных,магнитно-полевых),попробуем разобраться