Ретт Аллен (Rhett Allain)
Головна ідея проекту Breakthrough Initiatives Starshot полягає в запуску крихітного космічного апарату (наносупутники), який зможе розвинути надвисоку швидкість і дістатися до найближчої зірки (не до Сонця) за 20 років. Ось відомі мені важливі деталі (не виключено, що частина з них це просто припущення).
- Наносупутник буде дуже маленький, маючи масу всього «декілька грамів». Розмір має значення - і я скажу вам, чому.
- У рух апарат буде приводитися лазером наземного базування на 100 гігават, а також сонячним вітрилом площею один квадратний метр (я розповім, як він працює).
- Наносупутник зможе передавати повідомлення на Землю за допомогою власного лазера (не на 100 гігават).
Цього достатньо, щоб поговорити про деякі ідеї з області фізики, що мають відношення до проекту Starshot.
Як можна розігнати космічний апарат за допомогою світла?
Так, світло робить силову дію на об'єкт. З цієї самої причини у комети є хвіст, дивиться в протилежну сторону від Сонця. Так само працює і сонячне вітрило.
Дозвольте почати з світла. Найважливіше - зрозуміти, що світ це електромагнітна хвиля. Це означає, що він складається з пульсуючого електричного поля і пульсуючого магнітного поля. Світло взагалі неможливий без пульсуючого електричного і магнітного поля. Такі пульсуючі поля дозволяють світлу бути вільний, якої не потрібне середовище для здійснення коливань. Таким чином, світло може переміщатися через порожнечу (типу космічного простору). І нарешті, нам потрібно знати, що електричне і магнітне поля в світлі завжди перпендикулярні один одному, а також перпендикулярні напрямку руху світла.
Тепер що стосується матерії. Практично всі, що ми бачимо, складається з позитивних і негативних зарядів (наприклад, протони й електрони). У заряджених частинок є сила, яка залежить від електричного і магнітного поля. Ми називаємо її силою Лоренца.
У цьому рівнянні у нас є такі змінні:
q - значення заряду
Е - векторний значення електричного поля
В - векторне значення магнітного поля
v - векторне значення швидкості заряду.
Якщо у нас є світло від позитивного електричного заряду в положенні спокою, то сила буде впливати на нього в напрямку електричного поля (оскільки швидкість дорівнює нулю). Припустимо, у нас є електромагнітна хвиля з електричним полем в напрямку y, і магнітне поле в напрямку х зі знаком мінус, в результаті чого світло рухається в напрямку z зі знаком плюс. Тоді цей позитивний заряд почне рухатися в напрямку y зі знаком плюс. Ось картинка.
Але тепер у нас рухається позитивний заряд. Напрямок магнітної сили, що впливає на таку позитивно заряджену частинку, можна визначити за допомогою правила правої руки. Опущу деталі і скажу лише, що напрямок цієї магнітної сили зараз те саме, що і напрямок руху світла. Таким чином, світло підштовхує цей позитивний заряд.
Тепер розглянемо негативний заряд. Діюча на цей негативний заряд електрична сила йде в напрямку у з негативним знаком, а тому він почне рухатися вниз. Але магнітна сила буде як і раніше в напрямку поширення світла, оскільки ця магнітна сила залежить від значень q і v (а вони протилежні відповідним значенням позитивного заряду). Таким чином, світло підштовхує і негативний, і позитивний заряд в одному і тому ж напрямку.
Але переміщення цих часток мізерно, внаслідок чого результуюча сила також досить мала. Сила від світла невелика, а тому їй потрібна компенсує підживлення у вигляді дуже яскравого світла (це великі значення електричного і магнітного полів). Ось для чого потрібен лазер на 100 гігават.
Чому космічний апарат повинен бути такий маленький?
Розмір має значення. В даному випадку у більшого об'єкту буде більше зарядів, взаємодіючих зі світлом і створюють велику силу. Розумно, адже так? Оскільки ця сила світла залежить від площі поверхні, величину цієї сили я можу записати в такий спосіб:
Припустимо, ми хочемо скористатися сферичним космічним апаратом (поки забудемо про сонячне вітрило). Ми можемо розрахувати дві важливі характеристики для цього апарату - масу і площа поверхні, яка дивиться в сторону лазера. Якщо припустити, що щільність корабля ρ, а поверхня це звичайний коло, то ми отримаємо наступне:
Ми пам'ятаємо: прискорення прямо пропорційно силі (яка прямо пропорційна площі) і обернено пропорційно масі. Простіше взяти відношення площі до маси, оскільки воно прямо пропорційно прискоренню.
Якщо форма і щільність космічного апарату постійні, то прискорення буде обернено пропорційно розміру. Подвоїмо розмір апарату, і прискорення становитиме лише половину. Таким чином, чим менше, тим краще.
Ах, так, у нас же є сонячне вітрило. Це так, але якщо ми подвоїмо радіус космічного корабля, нам доведеться збільшити площу поверхні вітрила в чотири рази. Більше корабель - більше вітрило. Але вітрило збільшується набагато швидше.
Тепер треба відповісти на наступне питання: чи можна побудувати такий маленький корабель, щоб він все одно виконав своє завдання? Це буде непросто. Але цим-то і цікавий проект: тут все важко і все вперше.
SirPеrsival,
і не забудьте про перерви на час прольоту через промінь всяких супутників, що стоять мільярди!
Є серйозні проблеми для такого роду наносупутники. Електроніка наносупутники не витримає радіації яка виникне при таких високих швидкостях. Будь-атом водню, а його досить багато в космосі, стане космічної високоенергетичної часткою здатної зашкодити електроніку яку буде неможливо захистити від радіації в такому маленькому апараті.
Прискорення апарату буде в 51000 разів більше прискорення земного тяжіння, а це величезне навантаження на електроніку при якій вона ще ніколи не працювала.
Зіткнення з порошинки при таких швидкостях приведе до вибуху енергією в 0,5 кг тротилу, що зруйнує апарат.
Замість одного великого лазера планується використовувати тисячі дрібніших лазерів яких розмістяться на площі в кілька квадратних кілометрів.
Передачу інформації від Альфа Центавра на Землю планується здійснювати за допомогою невеликого лазера.
Всього планується запустити сотні або тисячі таких наноспутників в надії, що хоча б частина них зможе долетіти до Альфі Центаврі.
Розкрити всю гілку (2 повідомлень у гілці)
AlfaCentavra111, "до вибуху енергією в 0,5 кг тротилу,"
Тут я вірю, навіть перевіряти не буду!
Повіриш мені: нічого такого не буде, здоровий глузд переможе!
Вже коли я з тобою погоджувався.
AlfaCentavra111, Ви маєте рацію, але зі зменшенням розміру супутника і ймовірність попадання в супутник частинок теж зменшується пропорційно площі, так що чим менше він буде, тим вище ймовірність долетіти. Та до того ж можна створити дублюючі системи.
Неясно, як маленький наносупутник в кілька грам вагою може передати інформацію на міжзоряні відстані. Ймовірно, збираються передавати інформацію за допомогою лазерів по ланцюжку наноспутників від Землі до зірки Альфа Центавра. Планується запустити сотні або тисячі таких наноаппаратов.
Ну і 100 млн. Доларів на такий проект навряд чи вистачить. Одні лише лазери на площі в кілька квадратних кілометрів потягнуть на мільярди доларів. Хоча в Китаї, за ці гроші (де все раз в 10 дешевше), можливо, цей проект можна було б здійснити.
Не знаю всієї тонкощів фізики. Але думаю що будь-який предмет випускає якусь хвилю. І якщо налаштуватися на неї і посилити як в магніті. І чим ближче ми наближаємося тим швидкість зростає. Може таким чином і були влаштовані кораблі інопланетян. І можна зависати.
Розкрити всю гілку (1 повідомлень у гілці)
netriv, що можна сказати на цю тему. Відомо, що зі зменшенням довжини хвилі фотон починає все яскравіше проявляти корпускулярні властивості. Значить, можна припустити, що корпускули (електрон і інші) мають дуже коротку довжину хвилі з високою частотою.
У будь-якому випадку, це буде не американським винаходом.
Крім Ілана Маска я взагалі не знаю жодного американського інженера.
Розкрити всю гілку (1 повідомлень у гілці)
Laska, і той більше компілятор і шкідник. Взяв ідею "Союзу", вирізав все, що підвищує надійність і представив як прорив.
Є прекрасна книга Артура Кларка "Сонячний вітер" - про гонку космічних яхт. Невже реалізується ця мрія фантаста?
Виникла помилка. Будь ласка, спробуйте ще раз пізніше.
Інструкція по відновленню пароля відправлена на
Вітаю, .
Вітаю, .
Видалити профіль Ви впевнені, що хочете видалити ваш профіль?
Факт реєстрації користувача на сайтах РІА Новини позначає його згоду з даними правилами.
Користувач зобов'язується своїми діями не порушувати чинне законодавство Російської Федерації.
Користувач зобов'язується висловлюватися шанобливо по відношенню до інших учасників дискусії, читачам і особам, що фігурують в матеріалах.