Рождение Солнечного паруса
Когда родилась идея Звездного паруса, паруса Космических кораблей? Быть может
когда был построен первый парусный корабль, или маленькая лодка под маленьким
парусом?
Из истории науки достоверно изветсно, что cолнечный парус как таковой был изобретен другим русским ученым — Фридрихом
Артуровичем Цандером (1887 — 1933). Он впервые рассмотрел несколько
конструкций этого устройства, наиболее целесообразная из которых была подробно
описана им в 1924 году в неопубликованном варианте статьи “Перелеты на другие
планеты”.
Солнечный парус, по замыслу ученого, должен был иметь площадь в 1 квадратный
километр при толщине экрана 0,01 миллиметра и массу 300 килограммов. Парус
должен был иметь центральную ось и некоторый набор силовых элементов,
поддерживающих его форму. Цандер отмечал, что толщина экрана может быть еще
меньше, так как Эдисону удалось изготовить никелевые листы толщиной 0,001
миллиметра и размером 3200 квадратных метров.
Ученый также попытался разработать основы теории движения космических аппаратов
под солнечным парусом. Он считал целесообразным направлять на солнечный парус
космического аппарата поток света, собранный вторым парусом, расположенным на
некоторой промежуточной межпланетной станции. Эта его идея перекликается с
современными предложениями об использовании для разгона космического аппарата
искусственного лучистого (лазерного) ветра, обеспечивающего существенно большее
давление на поверхность, чем солнечные лучи.
Лазер может толкать солнечный парус на огромные расстояния.
Цандер также принимал участие в создании первой советской жидкотопливной
ракеты (она была испытана в 1933 году вскоре после его смерти), создал чертежи
крылатой ракеты и впервые предложил выращивать на борту космического аппарата
растения, чтобы обеспечивать космонавтов кислородом и едой. Именем Цандера
назван кратер на луне, а Латвийская Академия Наук учредила ежегодный приз (по
физике и математике) имени этого выдающегося ученого.
ссылки:
http://www.mirf.ru/Articles/art752.htm
Солнечный парус — путь к звездам
Солнечный парус-характеристики
Некоторые источники называют солнечный парус “световым” — чаще всего это
происходит в тех случаях, когда в качестве источника света предлагается
использовать не Солнце, а, например, лазер.
Принцип работы этого устройства прост до безобразия — космический корабль
разворачивает большое полотно — парус, который либо отражает, либо поглощает
(рассматриваются варианты и с черным парусом) фотоны света.
17 Kb
На орбите Земли (1 астрономическая единица расстояния от Солнца) парус массой
0,8 г/м2 испытывает примерно такое же по силе воздействие солнечного света.
Давление обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Заметим, что
парус может быть гораздо тяжелее — и все равно он останется более-менее
функциональным, хотя и не сможет самостоятельно раскрываться под действием
солнечного ветра (придется разворачивать его механическим путем).
Главным неудобством солнечного паруса является то, что он может двигать корабль
лишь в сторону от Солнца, а не к нему. Иногда высказывается мнение, что полет в
направлении Солнца возможен, если идти галсами (здесь очевидна аналогия с
зигзагообразным движением морского парусника против ветра). Изменяя угол наклона
солнечного паруса относительно падающего на него света, можно легко управлять
космическим кораблем, сколь угодно часто меняя его траекторию (удовольствие,
недоступное для ракетных двигателей).
Основное и самое главное достоинство “парусного” способа перемещения в
космическом пространстве — полное отсутствие топливных затрат. Альтернатив
современным химическим ракетам на околоземном пространстве пока нет — они
сравнительно дешевы и способны вывести на орбиту грузы в сотни тонн.
Однако когда речь заходит о межпланетных путешествиях, преимущества химических
ракет заканчиваются. Они попросту не способны обеспечить кораблю постоянное
ускорение (а, следовательно, сообщить ему как можно более высокую скорость) —
ведь, по сути, свыше 90% их массы составляет стремительно расходуемое горючее.
По самым скромным расчетам, для путешествия на Марс понадобится 900 тонн топлива
— и это при том, что масса полезной нагрузки будет примерно в 10 раз меньше. Про
ракеты еще говорят — “топливо везет само себя”.
На первый взгляд, космический парус очень медлителен. Да, действительно,
начальные этапы его разгона будут напоминать гонки черепах. Однако не следует
забывать, что ускорение действует постоянно (для паруса массой 0,8 г/м2
начальное ускорение будет равно 1,2 мм/с2). В условиях безвоздушного
пространства это позволит достичь огромных скоростей за весьма короткие сроки.
Теоретически, корабль с космическим парусом способен достичь скорости в100000
км/с и даже выше. Если в 2010 году запустить в космос такой зонд, то (в
идеальных условиях) в 2018 он догонит “Вояджер-1”, которому для этого
путешествия потребовался 41 год. В настоящее время “Вояджер-1” (запущенный в
1997) находится от нас на расстоянии в 12 световых часов и является самым
удаленным от Земли космическим кораблем.
К сожалению, обсуждение перспектив использования солнечного паруса в космосе не
касается одного очень важного вопроса — как будет осуществляться торможение
корабля на таких гигантских скоростях? Для межзвездных экспедиций ответ есть —
за счет использования солнечного паруса, развернутого в противоположную сторону
(однако это существенно увеличит время полета). А как быть с путешествием,
допустим, на Марс? Везти с собой ракетное топливо неэффективно, а использование
новых типов двигателей (например, разрабатываемых в настоящее время ионных) пока
находится под вопросом.
Теоретически, корабль с космическим парусом
способен достичь скорости в100000 км/с и даже выше. Если в 2010 году запустить в
космос такой зонд, то (в идеальных условиях) в 2018 он догонит “Вояджер-1”,
которому для этого путешествия потребовался 41 год. В настоящее время
“Вояджер-1” (запущенный в 1997) находится от нас на расстоянии в 12 световых
часов и является самым удаленным от Земли космическим кораблем.
Материя и форма Солнечного паруса
Материал, из которого сделаны солнечные паруса, должен быть максимально легким и
прочным. В настоящее время наиболее перспективными являются полимерные пленки —
милар и каптон (толщиной 5 микрон), алюминизированные (тончайший слой металла в
100 нанометров) с одной стороны, что придает им отражающую способность до 90%.
Здесь есть свои сложности. Милар очень дешев и легкодоступен (чуть более толстые
пленки имеются в открытой продаже), но непригоден для длительного применения в
космосе, так как разрушается под воздействием ультрафиолетового излучения.
Каптон более устойчив, однако минимальная толщина такой пленки — 8 микрон, и это
уменьшает ходовые качества такого паруса.
Для межзвездных полетов космическому паруснику
необходимо набрать невероятную скорость. Для этого ученые предлагают начинать
путешествие не с земной орбиты, а с места поближе к Солнцу (например, с орбиты
Меркурия). Это позволит значительно увеличить эффективность солнечного паруса,
однако потребует для него более прочных, термостойких материалов. Согласно
расчетам агентства NASA (США), при таком старте космический “парусник” достигнет
Альфы Центавра за 32 года.
В настоящее время ученые надеются на развитие нанотехнологий — с их помощью
можно будет создать легчайший и сверхэффективный солнечный парус из углеродных
нанотрубок.
Форма (конструкция) парусов имеет едва ли не большее значение, чем
материал, из которого они сделаны.
Самый простой и надежный (но более тяжелый, а, следовательно — не слишком
быстрый) солнечный парус имеет каркасную конструкцию. Больше всего он напоминает
воздушного змея — легкая крестообразная рама является несущей основой для
четырех треугольных парусов, надежно закрепленных на ней. Форма каркаса может
быть разной — даже круглой. Очевидное преимущество такой конструкции заключается
в надежной фиксации парусов — они не смогут свернуться и ими легко управлять
(поворачивать под разным углом к свету).
.
Каркасный солнечный парус.
Солнечный парус
Существуют проекты парусов, не имеющих каркаса — так называемая “вращающаяся
конструкция”. Эти модели выполнены в виде лент, закрепленных на космическом
аппарате. Как следует из названия, раскрытие парусов этого типа обеспечивается
вращением корабля вокруг своей оси. Центробежные силы (на концах лент закреплен
небольшой груз) вытягивают их в разные стороны, позволяя обойтись без тяжелого
каркаса. Теоретически, такая конструкция обеспечивает более высокую скорость
передвижения в космосе, чем каркасная, за счет своего малого веса.
Модель вращающегося солнечного паруса.
Таковы основные варианты строения солнечного паруса. Предлагаются также и другие
модели, например — полотна, свободно парящие в космосе и прикрепленные к кораблю
при помощи тросов. Это — своеобразный “гоночный” вариант парусов — при всех их
скоростных преимуществах они ненадежны и сложны в управлении.
Свободно парящее полотно космического паруса (рисунок с сайта NASA).
Еще один вариант (хотя некоторые исследователи и склонны выводить его в
отдельный класс транспортных средств будущего) — это так называемый
“плазменный парус”.
Плазменные паруса будут представлять собой миниатюрную модель магнитного поля
Земли. Точно так же, как наше магнитное поле прогибается под напором солнечного
ветра, магнитное поле (диаметром 15-20 километров), окружающее космический
корабль, будет отступать под давлением заряженных частиц.
Изобретения
9 августа прошлого года японский институт космонавтики (ISAS) произвел запуск и
развертывание двух полноценных солнечных парусов на низких орбитах (122 и 169
км.).
Но страна восходящего солнца не стала первой в области испытаний солнечных
парусов. Пальма первенства (с некоторыми оговорками) опять принадлежит России —
4 февраля 1993 года был проведен эксперимент “Знамя-2” с развертыванием
20-метровой тонкопленочной конструкции за счет использования центробежных сил на
борту корабля “Прогресс М-15”, пристыкованного к орбитальной станции “Мир”.
Почему это первенство с оговорками? Дело в том, что основной задачей
эксперимента было не испытание тяговых качеств этого полотна, а освещение
участка земной поверхности отраженным светом — еще одна вполне реальная функция
солнечных парусов.
На эту весну (предположительные сроки — нынешний месяц) был запланирован
кластерный (на одной ракете класса “Днепр”) запуск спутников АКС-1 и АКС-2
компании “Космотранс”. Каждый из них весит около двух килограммов (контейнер
30х30х40 см.) и несет в себе солнечный парус размером с теннисный корт (толщина
— 2 микрометра).
На поверхности пленки будут смонтированы позолоченные сенсоры, регистрирующие
динамику распределения зарядов по площади паруса над сейсмоопасными районами
Земли.
Помимо испытаний ходовых качеств космических парусников, предполагается провести
ряд экспериментов по сверхчувствительному зондированию земной поверхности
(предсказание землетрясений) и освещению ее пятном света диаметром в пять
километров. Спутники будут выведены на 800-километровую орбиту и смогут
находиться там на протяжении нескольких столетий.
Рисунок солнечного паруса, который в 1970-х годах предполагалось запустить на
встречу с кометой Харли.
Солнечный парус модель
Миниатюрная (1 квадратный метр) модель солнечного паруса из милара.
НАСА выбрало три разработки, которые непременно окажутся в космосе
23 августа 2011 года, 15:41 | Текст: Дмитрий Целиков
Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства
определилось с так называемыми Technology Demonstration Missions, в число
которых входят преобразование космической связи, навигация в глубоком космосе и
двигатель для работы в космосе.
Отобраны следующие проекты: лазерная система космической связи, атомные часы
и солнечный парус.
НАСА решило инвестировать именно в эти революционные технологии, поскольку они,
как полагает ведомство, смогут стать основой космических программ будущего, а
также, как ни странно, сократить расходы.
Наука и техника / Космос / Космонавтика и исследования космоса /
Атомные часы и спутник Iridium (иллюстрация НАСА).
«Демонстрация передачи данных с помощью лазера» (Laser Communications Relay
Demonstration) — проект Дэвида Изрейла из Годдардовского центра космических
полётов НАСА. Оптические технологии обещают «утолщение» канала связи с
космическими аппаратами в 100 раз по сравнению с тем, что есть сегодня.
«Атомные часы глубокого космоса» (Deep Space Atomic Clock) — задумка Тодда Илая
из Калифорнийского технологического института, аффилированного также с
Лабораторией реактивного движения НАСА. В рамках этого проекта будут созданы и
отправлены в космос на одном из спутников Iridium миниатюрные часы на ионах
ртути, которые должны быть в 10 раз точнее нынешних систем.
«По ту сторону камеры Плам-Брук» (Beyond the Plum Brook Chamber) — так названа
разработка и демонстрация солнечного паруса, которой занимается Натан Барнс из
корпорации L'Garde. Плам-Брук — это полевая станция Исследовательского центра
НАСА им. Джона Гленна, где расположена крупнейшая в мире вакуумная камера для
имитации космических условий. Там, в частности, тестируют будущие космические
корабли, комплектующие и материалы. Так вот, площадь нового солнечного паруса,
как обещано, в семь раз превысит нынешние разработки. Как минимум, его можно
будет использовать в качестве очень точного орбитального датчика солнечного
ветра, а также сборщика космического мусора.
Два последних проекта будут готовы к полёту в течение трёх лет. Создатели
лазерной связи попросили все четыре. Общий размер инвестиций составляет $175
млн. Дополнительные средства предоставят партнёры, заинтересованные в
разработках.
***
Изобретен световой межпланетный корабль
Профессор Лос-Анджелесского университета изобрел модель сверхбыстрого корабля
для межпланетных путешествий, который, как и солнечный парус, движется за счет
света. В отличие от "паруса", новый корабль не отражает свет, а превращает его в
электричество с помощью гигантской солнечной батареи, которая передает затем
энергию ионным двигателям. Об этом сообщает EurekAlert.
Батарею предлагают сделать гибкой, чтобы ее можно было развернуть уже в космосе.
"Электрическая мембрана" площадью в несколько тысяч квадратных метров позволит
добраться до Плутона менее чем за год, разгоняясь при этом до скорости в сотни
тысяч километров в час. Сотрудник NASA, прокомментировавший эту работу, заметил,
что такое изобретение может пригодиться и для межзвездных экспедиций, когда
источник света доступен только в самом начале пути. Пока нужных материалов для
изготовления "мембраны" не придумано, но ученые надеются на быстрое развитие
нанотехнологий.
(рисунок -выше)
Современные аппараты, которые отправляются на периферию Солнечной системы,
используют ядерное горючее и движутся заметно медленнее. Так, зонд NASA New
Horizons, запущенный в январе и снабженный плутониевым двигателем, достигнет
окрестностей Плутона только через девять лет.
Солнечный парус компании L'Garde. Людей рядом с ним почти не видно... (Фото
L’Garde Inc.)
Пока, однако, ни один запуск солнечного паруса (или родственных конструкций) не
был успешным. В июне прошлого года российская ракета с частным "парусником"
утонула, как и при первой попытке вывести аппарат на орбиту в 2001 году. С
другой стороны, известно, что "паруса" безо всякого груза удавалось развернуть
космонавтам вблизи станции "Мир" и шаттла.
http://www.mirozdanie.narod.ru/D200604/D200604.html
Японский космический аппарат IKAROS
успешно расправил солнечный парус и
готовится к межпланетному полету
Согласно данным, полученным от представителей космического агентства Японии
JAXA, успешно завершена операция по разворачиванию в космосе первого солнечного
паруса космического аппарата IKAROS (Interplanetary Kite-craft Accelerated by
Radiation Of the Sun). Но, тем не менее, развертывание паруса еще не является
успехом всей миссии. Космический аппарат IKAROS должен начать двигаться под
воздействием солнечного ветра, руководители миссии ожидают, что влияние
солнечного ветра на движение аппарата можно будет зарегистрировать не ранее, чем
несколько недель. Только после этого момента станет ясно, работает ли вообще
солнечный парус.
Парус космического аппарата изготовлен из тончайшей, 0.00076 см, полимерной
пленки покрытый тонким слоем солнечных батарей. Когда фотоны света ударяются в
парус, они поглощаются или отражаются, сообщая ему дополнительный импульс силы,
которая разгоняет космический аппарат. Фотоны являются очень маленькими
частицами и их импульс весьма мал, но, учитывая их огромное количество, можно
надеяться, что в течение долгого времени космический аппарат накопит достаточную
для полета скорость.
Из-за того, что этот космический аппарат приводится в движение Солнцем, он не
нуждается в двигателе и другом источнике энергии, что делает такие аппараты
главными претендентами для полетов в межзвездном пространстве. Поскольку
солнечный парус является и солнечной батареей, то дополнительная полученная
электроэнергия может накапливаться и использоваться для движения в те моменты,
когда солнечный ветер попросту отсутствует.
Конечно, ничего из всего вышесказанного не будет действовать, если солнечный
парус не развернется должным образом. Специалисты JAXA смогли обеспечить
правильное разворачивание паруса, раскрутив достаточно быстро космический
аппарат вокруг оси, после чего парус развернулся под воздействием центробежных
сил.
http://newtechnology.net.ua/archives/1370
http://go2starss.narod.ru/pub/E001_FBPPS.html
К звездам на острие луча
Доктор Роберт Л. Форвард
Симпозиум по межзвездным сообщениям и путешествиям.
Филадельфия, Пенсильвания.
Хотя и существует возможность
использовать термоядерный синтез и антиматерию для медленного путешествия к самым близким звездам,
вполне может быть, что ракета - не лучшее транспортное средство для межзвездного
полета. Все ракеты состоят из полезной нагрузки, запаса реактивной массы,
источник энергии, двигателя, движителя и конструкции все это соединяющей. Но
имеется целый класс космических аппаратов, которые не должны нести никаких
источников энергии, реактивной массы и даже двигателя на борту и состоят только
из полезной нагрузки и движителя. Эти космические аппараты разгоняются
энергией излучения внешнего источника. Опубликовано много работ,
предлагающих разные идеи, реализующие такой привод. Три из них я хочу здесь
обсудить. Первый - зонд, приводимый в движение выстреливаемыми шариками или
пылинками материи. Маленькие пылинки вещества разгоняются в Солнечной
системе и направляются на межзвездный зонд, где они перехватываются и отдают
свой импульс кораблю. Так же мы рассмотрим идею использовать мазер для разгона
зонда, который является, по сути, большой сеткой. Это зонд-парус из
проволочной сетки с микросхемами в ее узлах. Парус-сетка помещается в поток
микроволнового излучения и быстро разгоняется им. Высокое ускорение
позволяет такому парусу достигнуть скорости сравнимой со скоростью света до того
как линза уже не сможет фокусировать на нем энергию излучения. По прибытию
такого корабля в чужую звездную систему передатчик у Земли опять направляет в
сторону зонда микроволновую энергию. Используя провода сетки как антенны,
микросхемы собирают эту энергию для питания оптических датчиков и своих
логических схем, чтобы накопить научную информацию и получить изображение
далекой планетной системы. Полученная картинка отправляется назад, на Землю. Третья
схема привода - это разгоняемый лазером световой парус. Здесь большой парус
из светоотражающего материала разгоняется к звездам давлением света, который
генерирует большая батареей лазеров расположенных на орбите возле Солнца. Такой
световой парус достиг бы релятивистских скоростей за несколько лет. По прибытию
к цели, часть паруса в центре, отделяется от основного и ориентируется так,
чтобы находиться перед большим кольцевым парусом который продолжает лететь
вперед. Лазерный луч, посланный из Солнечной системы, отражается от большого
кольцевого паруса, который теперь выполняет роль отражающего зеркала, и попадает
на обратную сторону малого паруса. Отраженный таким образом луч из Солнечной
системы тормозит малый парус и обеспечивает выход на орбиту звезды назначения.
После того как команда исследует эту звездную систему в течении нескольких лет,
еще один кольцевой парус, возвращает экспедицию назад, отделяется от паруса
торможения. Лазерный луч из солнечной системы в этот раз опять переотражается от
этого кольцевого паруса, разгоняя возвращаемый, еще меньший парус в направлении
дома. Поскольку на этот раз парус летит в сторону Солнечной системы, луч,
направленный на него при подлете, затормозит возвращающуюся экспедицию.
Оценка ракетной технологии
Нет никакой необходимости
использовать именно ракетный принцип, чтобы построить межзвездный корабль. Если
мы используем концепцию классической ракеты, мы обнаруживаем, что любое подобное
устройство состоит из полезной нагрузки, топлива (реактивной массы), источника
энергии, двигателя, который сообщает энергию топливу (реактивной массе),
движителя, то есть устройства, превращающее импульс реактивной массы в импульс
корабля, и конструкции все это соединяющей. Классическая химическая ракета
совмещает реактивную массу и источник энергии в химическом топливе. Но так как
любая ракета должна нести отбрасываемую реактивную массу наряду со всем
остальным, возможности разгона такого корабля существенно ограничены. Для
миссий, у которых конечная скорость v больше чем скорость истечения u,
необходимый запас топлива (отбрасываемой массы) возрастает как экспонента
отношения v/u.
Можно придумать другой тип транспортного средства, которое не использует
ракетный принцип (то есть не несет всю реактивную массу на борту) и таким
образом избегает экспоненциального роста массы топлива, неизбежного в случае
классической ракеты. Некоторые из таких идей превосходные кандидат на роль
идеального межзвездного корабля. Например, прямоточная система Бассарда (Bussard
interstellar ramjet [Bussard, 1960 ]). Межзвездная прямоточная система не несет
на себе никакого запаса реактивной массы и даже энергии, потому что она
использует специальный коллектор чтобы собирать атомы водорода, которые имеются
в "пустоте" космоса. Собранные атомы водорода используются как термоядерное
топливо в двигателе, где энергия синтеза применяется для разгона продуктов
реакции (обычно атомов гелия) которые и обеспечивают тягу для путешествия. К
сожалению никто пока не знает как построить реактор на синтезе голых протонов и
как создать коллектор для сбора водорода (который должен быть очень большой в
диаметре и очень легкий по массе).
Тяга на энергии излучения
Имеется целый
класс других космических кораблей, которые не должны нести с собой никаких
источников энергии, запаса реактивной массы и даже никаких двигателей. Они
состоят только из полезной нагрузки, движителя и, разумеется, конструкции все
это соединяющей. Это корабли, приводимые в движение энергией излучения из
внешнего источника. В такой схеме все тяжелые части (запас реактивной массы,
источник энергии и двигатель) остаются дома, в Солнечной системе. Здесь, вокруг
Солнца всегда имеется неограниченный запас всегда доступного топлива и мощный
источник энергии (избыток обычного солнечного света). Оставленный дома двигатель
может обслуживаться, ремонтироваться и даже модернизироваться по ходу миссии.
Немало идей таких приводов на излучении были опубликованы в литературе. Три
будут здесь рассмотрены. Все эти версии привода могут быть построены при
разумной экстраполяции уже существующей на сегодняшний день технологии. Первый -
это привод на луче материи (выстреливаемых частичках вещества), второй -
микроволновый парус-сетка, третий - лазерный парус.
Зонд, разгоняемый лучом материи
Концепция "разгоняемого лучом материи зонда"
[Singer, 1980] состоит в том, что маленькие частички вещества (шарики или
пылинки) разгоняются ускорителем в солнечной системе и аккуратно направляются на
межзвездный зонд, где те захватываются и передают свой импульс космическому
кораблю. При использовании маленьких порций вещества фундаментальные ограничения
электромагнитных волн при увеличении расстояния до цели могут быть легко
преодолены. Поэтому, кажется куда разумней использовать луч частичек, чем луч
фотонов для передачи импульса на большие расстояния. Шарики-частички могут быть
запущены очень длиным и мощным линейным ускорителем. Он должен быть установлен в
Солнечной системе, и использовать для разгона частичек либо энергию Солнца, либо
ядерную энергию.
Поток частичек должен быть очень аккуратно нацелен сразу же после запуска и,
возможно, нужна будет повторная переколлимация (поднастройка) еще несколько раз
в процесс полета. Луч вещества, в конце концов, должны быть перехвачены и
отражены назад межзвездным зондом, который примет от них разгонный импульс.
Кажущаяся важной, на первый взгляд, абсолютная точность прицеливания пусковой
установки, не является на самом деле серьезной проблемой. Зонд может
детектировать положение летящего на него потока частиц и сам корректировать свое
положение, всегда оставаться в его центре. Ряд корректирующих форму и
направление луча станций могли бы находиться далеко от ускорителя по направлению
движения потока частичек. Например, каждая очередная такая станция могла бы
находится в три раза дальше, чем предыдущая и производить одну треть настройки
(коллимации) скорости и формы потока.
Грубая настройка луча могла бы быть выполнена электромагнитным или статическим
полем, а тонкая коррекция может выполняться световым давлением лазера, потоком
плазмы или потоком нейтральных частиц.
Один из методов захвата высокоскоростных частиц на борту разгоняемого корабля
состоит в том, чтобы испарять подлетающие твердые нейтральные шарики импульсом
фотонов или частиц, превращая те в плазму. После этого заряженную плазму можно
отражать магнитным полем наподобие того, что отражает плазму в "магнитном сопле"
("магнитной пробке" или зеркале) на пульсирующих термоядерных ракетных
двигателях [Hyde, Wood, and Nuckolls,1972]. Габариты магнитного зеркала должны
быть приняты из расчета того, что по крайней мере радиус витка подлетающего иона
протона, будет 3 метра при скорости подлетающих частичек 0.1С и
магнитном поле напряженностью 10 Тесла.
Развивая дальше эту концепцию, можно предположить такое изменение состава и
скорости шариков-частичек, чтобы они представляли из себя термоядерное топливо,
подлетающее к зонду с относительно низкой скоростью, поэтому они не отражаются,
а улавливаются и используются в термоядерном двигателе для разгона и торможения.
Торможение у цели так же может быть реализовано с применением данной схеме
привода. От основного корабля отделяется беспилотный щит, от которого частицы
луча материи рикошетят и подлетают к основному кораблю со стороны цели,
обеспечивая ему тормозное ускорение.
Возможно, однажды где-нибудь войдет в строй "межзвездный хайвей"? Тогда поток
частиц будет запускаться с двух сторон, что обеспечит относительно простое и
удобное двусторонне движение по нему.
Starwisp ("Звездная дымка") - разгоняемый мазером зонд-сетка
Starwisp ("Звездная дымка") - это сверхлегкий,
высокоскоростной межзвездный флай-бай зонд (зонд-робот исследующий цель без
торможения, пролетая мимо нее) разгоняемый потоком микроволнового излучения
[Forward, 1985 ]. Основа конструкции: парус в виде тонкой проволочной сетки, в
узлах которой расположены микросхемы. Парус-сетка разгоняется с большим
ускорением мощным микроволновым лучом, который фокусируется на его поверхность
большой сегментной плоской линзой, состоящей из концентрических колец, в которых
чередуется кольца, заполненные металлической сеткой с кольцами пустого
пространства (см. рис 1). Такая конфигурация колец будет работать как простая,
но эффективная линза для микроволнового луча.
Длина микроволн намного больше, чем ячейки в сетке "Starwisp", поэтому ажурный
парус для микроволнового излучения столь же непроницаема как толстый лист
металла. Когда микроволны налетают на проволочную сетку, они отражаются от нее в
обратном направлении. В результате импульс отраженных микроволн передается
сетке-парусу. Величина импульса невелика, но если парус легкий, а мощность
микроволнового луча достаточна, итоговое ускорение корабля может быть во много
раз больше ускорения свободного падения на Земле (g). Большое ускорение зонда в
микроволновом луче позволяет "Звездной дымке" достичь околосветовой скорости,
все еще находясь недалеко от фокусирующей линзы - в пределах Солнечной системы.
Перед прибытием зонда к цели, передатчик микроволн у Земли снова включается и
буквально затапливает звездную систему-цель потоком микроволновой энергии.
Используя проволочные ячейки сетки как антенны, микросхемы "Starwisp" собирают
достаточное количество энергии для их оптических датчиков и логических схем,
чтобы увидеть и сформировать образ планет, находящихся в системе. Направление, с
которого поступают микроволны воспринимается буквально в каждой ячейке сетки и
эта информация о направлении используется микросхемами корабля для того чтобы
использовать ячейки на этот раз как микроволновые антенны, излучающие сигнал
обратно к Земле, содержащий данные о открывшейся зонду картине.
подробнее http://go2starss.narod.ru/pub/E001_FBPPS.html
Лазерный световой парус
Один из лучших методов путешествия к звездам, был
бы метод, использующий большой парус из светоотражающего материала разгоняемый
давлением луча сгенерированного большой батареей лазеров, расположенных на
низкой орбите возле Солнца. [Forward, 1984 ]. С такой технологией мы могли бы
строить космические корабли, которые могут не только нести большую команду людей
с приличной скоростью к ближайшим звездам, но и смогли бы затормозить экспедицию
у цели исследования, а потом и вернуть команду назад на Землю. Мы могли бы
совершить такой полет в пределах одной человеческой жизни.
В системе с лазерным световым парусом свет от мощного лазера отражается от
большого зеркального паруса окружающего полезную нагрузку. Световой парус
изготавливается из тончайшей алюминиевой пленки прошитой тонкой и прочной
структурой силовых швов (такелажем), на которую в свою очередь подвешена
полезная нагрузка. Световое давление лазерного света толкает парус и полезную
нагрузку создавая необходимую тягу.
Звездолет на лазерном световом парусе настолько далек от концепции ракеты,
насколько это возможно. Такой звездолет состоит только из полезной нагрузи и
паруса, который является и движителем и несущей структурой корабля. Двигатель
нашего звездолета - лазер (их батарея), источник энергии - Солнце, и топливом
(реактивной массой) является лазерный свет сам по себе.
Парус, который будет использовать световой корабль, является развитием версии
солнечного паруса, который был спроектирован Лабораторией Реактивного Движения
NASA (Jet Propulsion Laboratory) для встречи с кометой Галлея и быстрого полета
в пояс астероидов. Необходимые для разгона лазеры были бы более мощной версией
высоко-мощных лазерных батарей лихорадочно исследуемых сейчас по программе
Стратегической Оборонной Инициативе Департаментом Вооружений (в СССР называемой
СОИ, а в США - SDI Space Defense Initiative. прим. пер.). Очень важно
понимать, что мы не нуждаемся ни в каких крупных научных открытиях, чтобы
построит такой звездолет. Основные физические принципы лазеров, фокусирующая
линза, и парус - все это нам уже известно. Все что требуется, дабы построить
лазерный парусный звездолет реально и в металле - много конструкторского труда
(и много денег).
