Cepгe[й]р (sergeyr) wrote,
Cepгe[й]р
sergeyr

Category:

Типы двигла для МКК (нормальная физика) - тип VIII, "световой парус"

Парусные дизайны МКК возникают вовсе не только в связи с надеждой на использование сверхдальних взаимодействий - дизайны этого типа давно делаются из расчета на обычное электромагнитное взаимодействие (т.е. свет). Истоки привлекательности этой идеи всё те же: понятное нежелание тащить с собой огромные запасы реактивной массы, трястись над ними в полете (закончатся - можно сразу вешаться), возиться со сбросом огромного количества тепла от работы мощных реактивных двигателей, озабочиваться тем, как бы факелом не снести что-то ценное... В общем, вполне понятно желание построить корабль, не требующий всего этого, разгоняющийся за счет давления каких-нибудь готовеньких излучений.


Цена, которую платят звездные парусники за свою теоретическую автономность - это потеря скорости. Существует единственное естественное излучение с достаточной плотностью, чтобы разгонять МКК разумных размеров - это солнечный свет - и его едва-едва хаватает, чтобы выводить корабли из системы, и то с черепашьмими ускорениями. Т.о., эта схема для _людей_ не годится.

Проблема начинает кое-как решаться, если от претензий на автономность все же отказаться - пусть парусник после старта будет разгоняться мощными излучателями, "дующими" в его парус. Это резко меняет доступные параметры ускорений, но конструкция из корабля превращается в своего рода "звездный паром" (или зонд - если тормозить будет не нужно), полностью привязаный к тому маршруту, который задается из точки старта, и не способный самостоятельно существенно менять направление полета - владельцы разгонных излучателей вольны поворачивать излучатели куда угодно, а паруснику остается лишь пытаться удержаться в "фарватере" разгонных лучей (как только он оказывается вне этих лучей, то сразу попадает в "мертвый штиль" и обречен дрейфовать по баллистике).

При любом методе разгона эффективность звездного паруса зависит от трех его характеритик:
I. Отражающей способности его рабочей поверхности. Чем большую часть приходящего излучения парус отразит - тем полнее он использует энергию этого излучения, тем больший импульс получит, и тем меньше разогреется, если это излучение мощное.
II. Площади паруса. Даже если разгонять парусник коротковолновым лазером - разгонный луч все равно на больших дистанциях расфокусируется, и от площади паруса будет зависеть то, какую долю этого луча и как долго удастся использовать.
III. Стойкости температурного режима. Если парусник разгоняют лазером, то он будет сильно греться, если полагаться на солнечный свет - напротив, довольно быстро остынет. Очень сложно было бы разработать конструкции, способные работать при любых температурах, а уж люди и вовсе конструкции нежные: околевают или изжариваются, стоит поменять им температуру всего на 3-4 градуса в любую сторону.

Исходя их этого, очевидна идеальная конструкция парусника. Это должен быть следующий комплекс:

1. Интерференционные зеркальные паруса под монохромное разгонное излучение. Такой парус, в отличие от обычных широкополосных зеркал, способен поглощать не 2-5% от входящего излучения, а лишь малые доли процента, так что выдерживать он сможет очень даже серьезный разгон. В идеале вся остальная конструкция должна быть для длины волны разгонного лазера практически прозрачной, чтобы минимизировать нагрев от "проскочившей" через зеркало части излучения.

2. Теплопроводящая подкладка с черной (в диапазоне теплосброса, а не в диапазоне разгонного луча!) поверхностью на обратной ("носовой") стороне паруса, задача которой - как можно быстрее отводить тепло от греющегося в разгонном луче паруса и сбрасывать это тепло в тепловое излучение (больше в вакууме лишнее тепло девать некуда, напоминаю). Каким бы качественным ни было интерференционное зеркало, но какая-то часть энергии разгонного излучения всё же не отразится, а поглотится или пройдет насквозь - и если мы хотим ускоряться быстро, то даже эти ничтожно малые доли мощности будут разогревать парус _очень_ быстро. Это тепло надо отводить столь же быстро.

3. Аккуратно размещенная полезная нагрузка. В "солнечных" вариантах груз однозначно подвешивается сзади, но при наличии мощных разгонных лучей возникает проблема: эти лучи с легкостью поджарят груз. Т.е. груз нужно размещать либо впереди паруса (в его тени; это термодинамически идеально, но сложно с точки зрения устойчивости конструкции), либо существенно сбоку от линии луча. Чисто геометрически идеальное решение примерно следующее: "розетта" из круглых парусов бок-о-бок друг с другом, рассчитанных на раздельные фокусы разгонных лучей; между ними (и существенно позади них, чтобы обойтись без тяжелых несущих ферм) подвешена капсула с полезной нагрузкой и управляющим оборудованием. Тросы, на которых она подвешена, будут не затенены, поэтому они должны иметь структуру, как можно более приближающуюся к структуре паруса (зеркало на задней поверхности, прозрачная для диапазона лазера внутренность, хорошая теплопроводность и черная передняя поверхность). В кормовой части грузовая капсула должна иметь собственное зеркало - в первую очередь оно должно отражать от груза неточно нацеленную часть разгонного излучения, но в некоторых режимах разгона может также и служить попросту вспомогательным разгонным парусом (снижая нагрузку на тросы).
Для малых и не слишком нежных грузов можно делать один "блинчик" вместо розетты, с размещением капсул по передней поверхности паруса - это сведет к минимуму количество всяких дополнитльно-вспомогательных элементов, и соответственно увеличит допустимые ускорения.

0. Комплекс разгонных (и при надобности тормозных - на той стороне) излучателей. Было бы совсем здорово сделать либо излучатели с переменной длиной волны, либо парус с переменной толщиной рабочей поверхности интерференционного зеркала, поскольку по мере разгона длина волны для паруса будет допплеровски смещаться, и он будет выходить из оптимума своей отражающей способности. Но мощный лазер с переменной длиной волны я слабо себе представляю, а переменную толщину интерференционного зеркала представляю себе лишь несколько лучше, поэтому, наверное, выгодней было бы делать последовательность излучателей с разными (постепенно уменьшающимися) длинами волн. Чем больше их будет - тем дольше можно будет удерживать интерференционное зеркало паруса вблизи его оптимума отражающей способности, а заодно и меньше будет проблем с длительным охлаждением этих лазеров.
С торможением всё ровно то же самое. Без встречающего на той стороне тормозного комплекса этот "звездный паром" просвистит мимо пункта назначения, никаким образом не будучи способным сбросить скорость (излучения звезды на это заведомо не хватит даже и близко), и годится она без тормозного комплекса только для зондов.

В общем, конструкция сложная, неуклюжая и с не обчень-то большой полезной нагрузкой, но у нее есть один большой плюc: если поставить целью ее разработать и построить, то она _может_ быть построена, даже если фундаментальных прорывов в физике не будет вообще. Это чисто инженерно-организационная задача, требует она только концентрации достаточно больших средств и достаточного упорства, чтобы справиться с "детскими болезнями" всех этих конструкций. К сожалению, сложность этого комплекса так велика, что для разумных параметров разгона нужно решить уж _очень_ много инженерных проблем. Думаю, с бассардами и то будет всё же проще, хотя их предельно возможные скорость и ускорения (без применения тирьямпампации) меньше, чем у хорошо сделанного парусника, разгонямого мощными излучателями.

Некоторые тирьямпампации умеренных масштабов могут сделать эту конструкцию менее неуклюжей, но мне это, честно сказать, менее интересно.
Tags: космос, фантастика
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 2 comments