Межорбитальный буксир с дистанционной запиткой (мысли вслух)

Пробовал - не получилось
Плюсов и минусов примерно поровну выходит, ИМХО.

P.S. Вообще-то от вас ожидал, что, может, чего умное про антенны скажете

Fakir> Пробовал - не получилось
Плохо пробовал, значит.
Fakir> Плюсов и минусов примерно поровну выходит, ИМХО.
Плюс один, и он перевешивает все минусы - можно концентрировать солнечную энергию в нужных количествах на нужном КА.
Fakir> P.S. Вообще-то от вас ожидал, что, может, чего умное про антенны скажете
Дык, всё уже сказано. От себя могу добавить, что получение ширины ДН менее 0,1 градуса в СВЧ диапазоне - задача из области фантастики. Но даже при 0,1 градуса эффективность линии передачи длиной хотя бы 10000км будет очень мала. Гораздо лучше светить лазером в солнечные батареи.

pokos> Плюс один, и он перевешивает все минусы - можно концентрировать солнечную энергию в нужных количествах на нужном КА.

Всё равно в упор не вижу здесь радикального преимущества большого числа зеркал над одним зеркалом.

pokos> Дык, всё уже сказано. От себя могу добавить, что получение ширины ДН менее 0,1 градуса в СВЧ диапазоне - задача из области фантастики.

А сколько - реально? И при каком размере антенны?
И что насчёт плотности энергии на приёмной и передающей антеннах?

>Но даже при 0,1 градуса эффективность линии передачи длиной хотя бы 10000км будет очень мала.

Перечитайте предыдущую страницу
Никто о 10 000 км не говорит. Я, во всяком случае, уж точно
Сейчас речь о перигейном ускорении, с передачей энергии при сближении станции и буксира на расстояние порядка 100 км.

>Гораздо лучше светить лазером в солнечные батареи.

Не нравится мне как-то эта схема, не верю я в неё. Плюс КПД лазерной системы (самого лазера) оставляет желать.

Fakir> Всё равно в упор не вижу здесь радикального преимущества большого числа зеркал над одним зеркалом.
Берёшь плоское зеркало метр на метр, пытаешься при помощи его и солнца нагреть воду в кастрюльке. Греешь до заката. Записываешь температуру. Ночью режешь это зеркало на кусочки и выкладываешь ими параболу. С рассветом начинаешь греть кастрюльку. Как закипит, можно бросать пакетные супы и другие субпродукты.
Fakir> А сколько - реально? И при каком размере антенны?
0,1 градус - реально, с некоторыми геморами. Основной гемор в том, что это должна быть АФАР. Чтобы получить требуемую точность фазы и амплитуды в каждом элементе, придётся погеморроиться.
Fakir> И что насчёт плотности энергии на приёмной и передающей антеннах?
Сие зависит от длины волны, прежде всего, и это не критический параметр. Думаю, получить 10Вт/см2 на передаче 2,5ГГц можно. Водяное охлаждение, то-сё. 1МВт потребует 10 м2 антенны, что раз в пять меньше потребной площади для 0,1 градуса на этой частоте. Неприятность в том, что есть шанс засветить боковым лепестком куда-нибудь не туда.
Fakir> Сейчас речь о перигейном ускорении, с передачей энергии при сближении станции и буксира на расстояние порядка 100 км.
При помощи калькулятора легко посчитать площадь пятна на расстоянии 100км при расходимости луча 0,1 градус. Кстати, 0,1 градус - это ширина ДН по ПОЛОВИННОЙ мощности. Для хорошей антенны почти вся энергия укладывается в конус с удвоенной величиной угла при вершине. Хотите огрести всю энергию - покрывайте антенной всё пятно. Иначе - по вкусу. КПД выпрямителя будет вряд ли больше 80%.

Хорошие лазеры имеют довольно большой КПД, но маленькую мощность: Новости науки
СО-лазеры имеют КПД похуже, зато мощность некислая.

pokos> Берёшь плоское зеркало метр на метр, пытаешься при помощи его и солнца нагреть воду в кастрюльке. Греешь до заката. Записываешь температуру. Ночью режешь это зеркало на кусочки и выкладываешь ими параболу.

Еще раз, медленно: эти несколько зеркал нельзя склеить в одну конструкцию?

pokos> 0,1 градус - реально, с некоторыми геморами. Основной гемор в том, что это должна быть АФАР. Чтобы получить требуемую точность фазы и амплитуды в каждом элементе, придётся погеморроиться.

А при каком размере антенны? Что будет, если антенну увеличить? Изменить частоту?
Вообще, какая частота оптимальна?

Fakir>> И что насчёт плотности энергии на приёмной и передающей антеннах?
pokos> Сие зависит от длины волны, прежде всего, и это не критический параметр. Думаю, получить 10Вт/см2 на передаче 2,5ГГц можно. Водяное охлаждение, то-сё.

Водяное охлаждение - обязательно? Обойтись - никак?

>1МВт потребует 10 м2 антенны,

Ну что ж, это приемлимо... А с массой - что? И как соотносятся массы приёмной и передающей антенн?

>Неприятность в том, что есть шанс засветить боковым лепестком куда-нибудь не туда.

Вряд ли при перигейном методе это составит серьёзную проблему.

pokos> При помощи калькулятора легко посчитать площадь пятна на расстоянии 100км при расходимости луча 0,1 градус. Кстати, 0,1 градус - это ширина ДН по ПОЛОВИННОЙ мощности. Для хорошей антенны почти вся энергия укладывается в конус с удвоенной величиной угла при вершине.

Ага, сразу оказалось, что калькулятора не совсем достаточно

А что можно сказать насчёт возможности отслеживать лучём буксир при относительных скоростях до 3 км/с? Не будет серьёзных проблем?

>Хотите огрести всю энергию - покрывайте антенной всё пятно. Иначе - по вкусу.

Cкорее - иначе. Уж больно большую приёмную придётся развернуть, чтобы перекрыть всё пятно...
Кстати, а можно ли в данном случае как-то эффективно использовать "зеркала"?

pokos> Хорошие лазеры имеют довольно большой КПД, но маленькую мощность: Новости науки
pokos> СО-лазеры имеют КПД похуже, зато мощность некислая.

Речь не о столько о КПД лазера, сколько о КПД передающей системы в целом. Лазер тоже надо как-то запитать.

Fakir> Еще раз, медленно: эти несколько зеркал нельзя склеить в одну конструкцию?
Ещё медленнее: движущуюся мишень такой ботвой хорошо осветить не выгорит.

Fakir> А при каком размере антенны? Что будет, если антенну увеличить? Изменить частоту?
Это вопросы второго плана. Ничего не будет.

Fakir> Вообще, какая частота оптимальна?
Сие функция многих производных.

Fakir> Водяное охлаждение - обязательно? Обойтись - никак?
Всё зависит от количества бабла и допустимого веса конструкции. Можно нанять 500 китайцев с веерами - тоже вариант.

Fakir> А с массой - что?
Моя грубая оценка - 10кГ/кВт.

Fakir> Ага, сразу оказалось, что калькулятора не совсем достаточно
Ну, не знаю, мне хватает. на 100км - 174м диаметром по половинной мощности на краях.

Fakir> А что можно сказать насчёт возможности отслеживать лучём буксир при относительных скоростях до 3 км/с? Не будет серьёзных проблем?
Серьёзные проблемы будут раньше - обеспечить на АФАРе 0,1гр в хорошем диапазоне углов. Скорость отслеживания по сравнению с этим - мелочи.

Fakir> Кстати, а можно ли в данном случае как-то эффективно использовать "зеркала"?
Это вряд ли. У приёмной антенны ДН кривить не планируется, иначе попадаем на вес.

Fakir> Речь не о столько о КПД лазера, сколько о КПД передающей системы в целом. Лазер тоже надо как-то запитать.
На текущий момент это мелочи по сравнению с остальными задачами линии.

Fakir>> Еще раз, медленно: эти несколько зеркал нельзя склеить в одну конструкцию?
pokos> Ещё медленнее: движущуюся мишень такой ботвой хорошо осветить не выгорит.

Еще раз: Заратустра не позволяет посадить всю эту кучу независимо проворачивающихся зеркал на одну конструкцию? Им обязательно летать вдали друг от друна по разным орбитам?

Fakir>> А при каком размере антенны? Что будет, если антенну увеличить? Изменить частоту?
pokos> Это вопросы второго плана. Ничего не будет.

Что, ни размер, ни частота не влияют существенно на ДН?!

Fakir>> Вообще, какая частота оптимальна?
pokos> Сие функция многих производных.

А именно?

Fakir>> Водяное охлаждение - обязательно? Обойтись - никак?
pokos> Всё зависит от количества бабла и допустимого веса конструкции. Можно нанять 500 китайцев с веерами - тоже вариант.

Вообще-то речь шла о космосе. Пассивного излучающего охлаждения никак не хватит?


Fakir>> А с массой - что?
pokos> Моя грубая оценка - 10кГ/кВт.

Много Слишком...


Fakir>> Ага, сразу оказалось, что калькулятора не совсем достаточно
pokos> Ну, не знаю, мне хватает. на 100км - 174м диаметром по половинной мощности на краях.

Никаких факторов, наподобие половинной мощности, больше не вылезет?


pokos> Серьёзные проблемы будут раньше - обеспечить на АФАРе 0,1гр в хорошем диапазоне углов.

В чём главная трудность и каковы возможные пути её преодоления?

>Скорость отслеживания по сравнению с этим - мелочи.

А на какие углы в принципе можно перекидывать луч без поворота антенны? Что будет при этом с шириной ДН?

Fakir>> Кстати, а можно ли в данном случае как-то эффективно использовать "зеркала"?
pokos> Это вряд ли. У приёмной антенны ДН кривить не планируется, иначе попадаем на вес.

Имеется в виду - плёночные либо "сетчатые" отражатели собирают энергию с большой площади на относительно маленькую антенну. Можно, не создаст особых проблем в работе самой ректенны?

Fakir> Еще раз: Заратустра не позволяет посадить всю эту кучу независимо проворачивающихся зеркал на одну конструкцию?
Итерация N+1: Один линкор может находиться только в одном месте.
Fakir> Что, ни размер, ни частота не влияют существенно на ДН?!
Влияет. Но всему влиянию есть предел. Дальше начинают влиять другие факторы.
Fakir> А именно?
Расписать в каноническом виде? Увольте.
Fakir> Вообще-то речь шла о космосе. Пассивного излучающего охлаждения никак не хватит?
Ну, хвати-не хватит сиречь вопрос потребной площади. И вообще, не совсем понятно, почему именно космос. С Земли светить всяко удобнее. Или перигей не земной нужен? А вообще перигей не земной бывает?
Fakir> Никаких факторов, наподобие половинной мощности, больше не вылезет?
Мнэ-э-э. Вылезет, конечно. Но стоит ли упоминать всю пару тысяч?
Fakir> В чём главная трудность и каковы возможные пути её преодоления?
Главная трудность - дискрет и точность фазовращателей. Реальный предел точности 14 двоичных разрядов. Технология ограничивает. И если в РЛ есть вычислительные методы сужения ДН, то тут годятся только физиологические.
Fakir> А на какие углы в принципе можно перекидывать луч без поворота антенны? Что будет при этом с шириной ДН?
Теоретически 4*Пи стер. При углах отклонения луча от оси, близким к 90гр, лучу обычно совсем хреново, поскольку размеры излучателей больше нуля.
Fakir>Можно, не создаст особых проблем в работе самой ректенны?
Создаст потери мощности за счёт интерференции. В принципе, можно попробовать решить за счёт отказа от когерентного луча. Но тогда ДН расширится.

Fakir>> А на какие углы в принципе можно перекидывать луч без поворота антенны? Что будет при этом с шириной ДН?
pokos> Теоретически 4*Пи стер. При углах отклонения луча от оси, близким к 90гр, лучу обычно совсем хреново, поскольку размеры излучателей больше нуля.

Т.е. 45⁰ от сагитальной оси решетки Еще лучше 30^0.Более 45 - даже в радиолокации стараются не использовать из за больших потерь. А рассчитать проще просто - умножить на cos угла

Ник

Fakir>> А на какие углы в принципе можно перекидывать луч без поворота антенны? Что будет при этом с шириной ДН?
pokos> Теоретически 4*Пи стер. При углах отклонения луча от оси, близким к 90гр, лучу обычно совсем хреново, поскольку размеры излучателей больше нуля.

Да ладно, а как же волновые каналы работают? Такие антенны, у которых все излучатели мало того, что на одной прямой, так ещё и пассивные, а нужный сдвиг фаз подстраивается расстоянием между директорами и их длиной...

Нет, у густой решётки (расстояние между излучателями меньше лямбда пополам) поражённые углы другие - а вовсе не 90 градусов. Хотя, конечно, на 90 градусов ширина луча и уровень боковых лепестков хуже, чем на 0 градусов.

Но поражённые углы - я не помню, как они рассчитываются, для редких решёток, где расстояние больше лямбда пополам, формула простая, а вот для густых - не помню...

А.С.> Да ладно, а как же волновые каналы работают?
Андрей, обрати внимание на шаг вибраторов в волновом канале.
А.С.> Нет, у густой решётки (расстояние между излучателями меньше лямбда пополам) поражённые углы другие - а вовсе не 90 градусов.
Наличие и расположение углов закрытия - это всего лишь компромисс между самым важным направлением и формой решётки (она не обязательно должна быть плоской). Но проще всего делать плоские решётки с описанными выше генетическими проблемами.

А.С.>> Да ладно, а как же волновые каналы работают?
pokos> Андрей, обрати внимание на шаг вибраторов в волновом канале.

Обратил. Он а) маленький, меньше четверти длины волны, б) переменный.

И что? Зато в нём нет фазовращателей, ни активных, ни пассивных. Их роль выполняют сами директоры. Именно поэтому у них длина меньше пол-лямбда и расстояние между ними такое маленькое.

А.С.>> Нет, у густой решётки (расстояние между излучателями меньше лямбда пополам) поражённые углы другие - а вовсе не 90 градусов.
pokos> Наличие и расположение углов закрытия - это всего лишь компромисс между самым важным направлением и формой решётки (она не обязательно должна быть плоской). Но проще всего делать плоские решётки с описанными выше генетическими проблемами.

Я не возражаю против этого. Я возражаю лишь против того, что самое плохое направление для плоской решётки - обязательно в плоскости решётки. Это направление зависит от соотношения шага и длины волны, а также способа размещения (квадратное, гексагональное, гнездовое и т.д.)

О, наконец-то соображающий в теме народ подтянулся
Андрей, а какое суммарное мнение по системе СВЧ-энергопередачи?


pokos> Расписать в каноническом виде? Увольте.

Можно поступить куда проще: дать толковую ссылочку по вопросу

pokos> И вообще, не совсем понятно, почему именно космос. С Земли светить всяко удобнее. Или перигей не земной нужен? А вообще перигей не земной бывает?

Потому, что так можно обойтись передачей энергии на расстояние всего порядка 100 км.
См. предыдущую страницу - и передатчик, и приёмник болтаются на орбитах (разных, но с одинаковой высотой перигея), энергия перекачивается при сближении.

Fakir>>Можно, не создаст особых проблем в работе самой ректенны?
pokos> Создаст потери мощности за счёт интерференции.

Но по идее, за счёт интерференции произойдёт только перераспределение мощности - где погуще, где пожиже.

>В принципе, можно попробовать решить за счёт отказа от когерентного луча. Но тогда ДН расширится.

А.С.> Обратил. Он а) маленький, меньше четверти длины волны, б) переменный.
Дальше начинаем думать мосгом. Чтобы сэмулировать такое распределение фаз в решётке с постоянным шагом, нужна определённая точность фазовращателей. Дальше берём практические результаты. Скажем, в ДМВ-диапазоне, где волновые каналы очень популярны, рекорд по количеству элементов держат ЕМЕ - связисты. Даже у них волновой канал очень редко бывает более 24-х элементов. Почему? Потому что точность изготовления такой антенны должна быть слишком велика. А ты хочешь сделать волновой канал из 100 элементов минимум! Да ещё собрать решётку из таких антенн.
Ещё. Чтобы обеспечить одинаковую эффективность при любых углах, элементарный излучатель должен быть ненаправленным. На текущий момент таковых не существует.

Fakir> Можно поступить куда проще: дать толковую ссылочку по вопросу
Библиотека.

Fakir> Потому, что так можно обойтись передачей энергии на расстояние всего порядка 100 км.
А я предлагаю 300км, но с тем же суммарным КПД и без ограничений по мощности.

Fakir> Но по идее, за счёт интерференции произойдёт только перераспределение мощности - где погуще, где пожиже.
Вот именно. Чтобы не попалить диоды, плотность мощности придётся снижать.

Fakir> О, наконец-то соображающий в теме народ подтянулся
Fakir> Андрей, а какое суммарное мнение по системе СВЧ-энергопередачи?

Суммарное? Если мириться со сквозным кпд в 40% есть возможность, то это работает. Если нет - проводную линию передачи она заменить не может. Остальные трудности преодолимы, включая защиту космонавтов от СВЧ-облучения.

А.С.>> Обратил. Он а) маленький, меньше четверти длины волны, б) переменный.
pokos> Дальше начинаем думать мосгом. Чтобы сэмулировать такое распределение фаз в решётке с постоянным шагом, нужна определённая точность фазовращателей.

Точность эмуляции зависит от точности фазовращателей. Парадокс в том, что при ОЧЕНЬ большом числе элементов (пусть в ВК их 24, но в ФАР редко бывает меньше сотни, а в ФАР радиолокаторов СПРН счёт идёт на десятки тысяч), необходимая точность фазовращателей обычно пи/8

pokos> Дальше берём практические результаты. Скажем, в ДМВ-диапазоне, где волновые каналы очень популярны, рекорд по количеству элементов держат ЕМЕ - связисты. Даже у них волновой канал очень редко бывает более 24-х элементов. Почему? Потому что точность изготовления такой антенны должна быть слишком велика. А ты хочешь сделать волновой канал из 100 элементов минимум! Да ещё собрать решётку из таких антенн.

Говно вопрос. Видел волновой канал на поликоре на ~100 ГГц - что-то под тысячу элементов. Там линзовая антенна, традиционная для этого диапазона, не проходила по габаритам, сделали ВК на поликоровой подложке, на ней же предусилитель и смеситель. Фотолитография, никелевый подслой, золотое напыление. А в корпусе девайса напротив антенны было сапфировое окошко.

В ДМВ диапазоне тяжело сделать длинный волновой канал вот по каким причинам - траверса должна быть достаточно жёсткой, чтобы антенна не прогибалась под собственным весом, и, вдобавок, длинная траверса может начать резонировать на рабочей частоте и портить ДН.


pokos> Ещё. Чтобы обеспечить одинаковую эффективность при любых углах, элементарный излучатель должен быть ненаправленным. На текущий момент таковых не существует.

Вот! Вот ключевой момент! Изотропный элементарный излучатель, который в трёхмерном пространстве невозможен даже теоретически. Да, ясен пень, суммарная ДН ФАР находится в прямой зависимости он ДН элементарного излучателя.

АА.С.> Парадокс в том, что при ОЧЕНЬ большом числе элементов ...необходимая точность фазовращателей обычно пи/8
Нет никакого парадокса. Просто жертвуют другими харками, что для нас неприемлемо, писал уже, почему.
А получается при таких жертвах примерно вот что: Ошибка 404 - файл не найден.

А.С.> Говно вопрос. Видел волновой канал на поликоре на ~100 ГГц - что-то под тысячу элементов.
Андрей, извини, но это чистый прогон. Он что, длиной в метр был? Линза, говоришь, не поместилась....
Видишь ли, мне и теория, и практика этого дела немного знакомы. Почитай, к примеру, вот тут, популярным языком:
"...Остановлюсь на весьма распространенных УКВ антеннах типа "волновой канал". Именно их популярность и служит причиной различных мистификаций и неверных данных..." Проблема качественной оценки параметров различных антенн. Статья Бесплатной технической библиотеки

А.С.> В ДМВ диапазоне тяжело сделать длинный волновой канал вот по каким причинам ...
Да совсем не по тем. Рекордные антенны на 144МГц и 433МГц имеют практически одинаковое колво директоров.

Fakir>> Можно поступить куда проще: дать толковую ссылочку по вопросу
pokos> Библиотека.

Хамть изволите?

pokos> А я предлагаю 300км, но с тем же суммарным КПД и без ограничений по мощности.

Лазер? И как вы себе представляете лазер космического базирования мощностью в десяток мегаватт, причём не импульсный, а непрерывный (должен работать от трёх минут до часа, в зависимости от фазы разгона)?

А.С.> Суммарное? Если мириться со сквозным кпд в 40% есть возможность, то это работает.

Есть, почему нет? От 20 МВт запитывающей станции передать на борт буксира хотя бы 5 МВт при массе приёмника 2-3 тонны - почти идеально.

>Остальные трудности преодолимы, включая защиту космонавтов от СВЧ-облучения.

О космонавтах вряд ли может идти речь, процедура разгона слишком длительная.

Fakir> Хамть изволите?
Дружище, Ваша вежливость не имеет границ. С чего Вы взяли, что это обязано быть в электронном виде?

Fakir> Лазер? И как вы себе представляете лазер космического базирования мощностью в десяток мегаватт,
Неодимовый с солнечной накачкой.

А.С.>> Говно вопрос. Видел волновой канал на поликоре на ~100 ГГц - что-то под тысячу элементов.
pokos> Андрей, извини, но это чистый прогон. Он что, длиной в метр был? Линза, говоришь, не поместилась....
Почему под метр? Шаг директоров чем дальше - тем меньше, там конкретно был чуть ли не 0,1 мм, а суммарная длина поликоровой подложки 5 см при толщине 0,4 мм и директоры были по обе стороны подложки.

Линзовая антенна получалась 3 см диаметром при тех же 5 см длины, а эта была шириной около 2 мм, толщиной 0,4 и гораздо меньшего веса.

А насчёт количества директоров - они определяют не только коэффициент усиления, но и величину боковых лепестков. Действительно, чем больше директоров в ВК, тем меньше их влияние на КУ антенны, но на ДН в целом они влияют, и, тем сильнее, чем ближе они к идеалу.

Реальной проблемой, ограничивающей рост количества директоров у ВК, являются не требования к точности или падающая эффективность или что-то конструктивное, а уменьшение относительной ширины полосы пропускания, но в миллиметровом диапазоне эта ширина всё равно в мегагерцах получается громадной.

А вот на частоте 1-го телевизионного канала даже 5-элементный ВК (активный, рефлектор и три директора) имеет полосу пропускания всего 4 МГц по уровню -3 дБ, что вдвое меньше потребной полосы

Fakir>> Хамть изволите?
pokos> Дружище, Ваша вежливость не имеет границ. С чего Вы взяли, что это обязано быть в электронном виде?

А вы никогда не слышали что в библиотеках эти, как их, книги, что ли - тоже бывают с названиями?

Fakir>> Лазер? И как вы себе представляете лазер космического базирования мощностью в десяток мегаватт,
pokos> Неодимовый с солнечной накачкой.

Мегаваттной мощности, непрерывного действия?! И какая будет апертура и угол расхождения, как вы его будете накачивать, как охлаждать, сколько это всё будет весить?

А.С.> ...Шаг директоров чем дальше - тем меньше,
Чем дальше от активного вибратора, тем ближе к 0,35 лямбда. А самый ближний около 0,1 лямбда. Около 0,2 имеет уже пятый директор.

А.С.>... а суммарная длина поликоровой подложки 5 см..
Тогда это точно НЕ волновой канал. Поясняю. Длина волны в поликоре на частоте 100ГГц - около 1 мм. 1000 вибраторов будут занимать примерно 20см. Кроме того, из-за разницы в скоростях волн в воздухе и в поликоре будут проблемы с согласованием антенны и пространства.
Другими словами, это антенна бегущей волны, да. Но НЕ волновой канал. Скорее всего это антенна с резистивными нагрузками вибраторов.

А.С.> ...но на ДН в целом они влияют, и, тем сильнее, чем ближе они к идеалу.
Андрей, форма ДН и Ку железно связаны. Из-за экранирования вибраторов друг другом увеличивать кол-во директоров в волновом канале свыше 24-х вообще не имеет никакого практического смысла.

Fakir> А вы никогда не слышали что в библиотеках эти, как их, книги, что ли - тоже бывают с названиями?
Често говоря, слышал. Только вот те книги, по которым я учился, есть только в одной библиотеке и у меня дома. Названия других книг, которые есть в других библиотеках, мне неизвестны. А найти гуглом их названия Вы сможете не хуже меня.

Fakir> И какая будет апертура и угол расхождения, как вы его будете накачивать, как охлаждать, сколько это всё будет весить?
Апертура всяко лучше, чем у ФАР. Накачивать селективным концентратором. Охлаждать водородом. Сколько весит, не скажу - не знаю.