Электрический парус

Wyvern-2>> Напомню для приличия: парус заряжается положительно...
Б.г.> .... Тогда надо посчитать кулоновские силы, которые будут работать на разрыв проводника.

О! И это действительно единственное практическое ограничение по массе снизу Предлагаю прикинуть высокомодульные углеродные волокна

P.S. Когда то считал сам: для бериллиевой проволоки с ячейкой метр получилось что то около 0,03 грамма на мЭтр квадратный...

Б.г.> Тогда всё ещё хуже - он будет сосать электроны из межпланетного пространства, как только напряжённость поля вблизи провода превысит потребную для ионизации атомарного водорода.
? Это незначительный источник электронов (тем более несерьёзно про поле, потребное для ионизации водорода - это гигансткое поле, да и так почти всё ионизировано). Куда более значительный - свободные электроны пространства.
Но это нормально.

Б.г.> Это, вообще-то, убивает затею на корню. При такой длине проводов токи будут вполне себе сотни ампер.
Не сотни, и не убивает.

Б.г.> Но даже если бы вакуум не содержал нейтрального водорода вовсе, сечение проводов не может быть сколь угодно малым. Ибо металлическая связь, обеспечивающая устойчивость кристаллической решетки, создаётся электронным газом, который авторы идеи предлагают откачать из проводников. Тогда надо посчитать кулоновские силы, которые будут работать на разрыв проводника.
Уй... Это абсолютно недостижимые напряжения. На моль вещества приходится 6Е23 электронов, ~1E5 кулонов.
Ты сам прикинешь напряжение, которое возникает на пикофарадных емкостях при сообщении/удалении заряда хотя бы в 1 кулон?
Это несерьёзно по любым меркам.

Татарин> Ты сам прикинешь напряжение, которое возникает на пикофарадных емкостях при сообщении/удалении заряда хотя бы в 1 кулон?
Какие, на хрен, пикофарады? Пикофарада - это сантиметр. Я правильно понимаю, что расчётная длина проволок в этом электростатическом парусе - десятки километров?
И напряжённость поля, достаточная для остановки протонов солнечного ветра, всяко достаточна для ионизации атомов водорода.

Татарин>> Ты сам прикинешь напряжение, которое возникает на пикофарадных емкостях при сообщении/удалении заряда хотя бы в 1 кулон?
Б.г.> Какие, на хрен, пикофарады? Пикофарада - это сантиметр.
Да хоть микрофарады. Один фиг, кулон - это ОЧЕНЬ много. А длина - это не множитель не только к ёмкости, это ещё и множитель к молям.

Б.г.> И напряжённость поля, достаточная для остановки протонов солнечного ветра, всяко достаточна для ионизации атомов водорода.
Непонятно, что ты имеешь в виду под ионизацией... ионизацию при столкновении с проволокой? общей плотности всех частиц порядка 1Е3 частиц/см3? Что тебя заставляет вообще вспомнить об этом?
Почему это важно?

"Высасывание" свободных электронов из огромного объёма пространства куда важнее. Но и оно приемлимо.

Татарин> Уй... Это абсолютно недостижимые напряжения. На моль вещества приходится 6Е23 электронов, ~1E5 кулонов.
Татарин> Ты сам прикинешь напряжение, которое возникает на пикофарадных емкостях при сообщении/удалении заряда хотя бы в 1 кулон?
Татарин> Это несерьёзно по любым меркам.
Моль алюминия - это 23 грамма. Допустим, мы из этих 23 граммов сделали проволоку диаметром 0,05 мм. Длина этой проволоки что-то в районе 440000 сантиметров, то есть, ёмкость 0,4 микрофарады. 1 кулон даст напряжение 2 500 000 вольт. Предположим, для паруса надо мегавольт, это 0,4 кулона. Или 1/10 милликулона на метр. Или 1/10 микрокулона на миллиметр.
Два точечных заряда в 0,0000001 кулона на расстоянии в 0,001 метра отталкиваются с силой что-то типа 10 ньютон, нет?
10 ньютон вполне достаточно, чтобы порвать проволоку в 0,05 мм.

Б.г.> Предположим, для паруса надо мегавольт,
А, вот мы где расходимся.
А зачем нам для паруса мегавольт?

Средняя энергия частицы солнечного ветра - сотни эВ. Ну, кэВы.
И пары тысяч вольт достаточно, чтобы полностью погасить энергию 99% частиц и отразить их при налёте по нормали. Если же частицы только отклонятся/изменят траекторию, то ещё на десятичные порядки меньше.
Нам (если не трогать задачи радзащиты) нет нужды поддерживать напряжение выше - это лишь увеличит непроизводительные и ненужные затраты на удаление электронов с паруса.

З.Ы. Конкретно алюминий для проволок не годен - испаряется в вакуум слишком быстро для наших (минимальных) толщин.

Татарин> З.Ы. Конкретно алюминий для проволок не годен - испаряется в вакуум слишком быстро для наших (минимальных) толщин.

Графитизированное высокомодульное УВ толщиной 5 мкм при прочности на разрыв 1,5-3 ГПа с электросопротивлением 0,7*10⁵ Ом*м¹ ... даже не знаю КАК посчитать на квадратный метр площади экрана

.¹ - при легировании щелочными металлами, при незначительном снижении прочности достигается сопротивление до ~10^-5 Ом*м

Татарин> А зачем нам для паруса мегавольт?

Затем, чтобы расстояние между радиусами было достаточно большим. Ты же не хочешь сделать сплошной или даже сетчатый экран, а хочешь только несколькими десятками радиусов обойтись?

Татарин> Средняя энергия частицы солнечного ветра - сотни эВ. Ну, кэВы.
Татарин> И пары тысяч вольт достаточно, чтобы полностью погасить энергию 99% частиц и отразить их при налёте по нормали.

ЭТО ПРИ КАКОМ РАССТОЯНИИ МЕЖДУ ПРОВОЛОКАМИ? ААА, ЭТО ДЛЯ СПЛОШНОГО ЭКРАНА!

Татарин>> А зачем нам для паруса мегавольт?
Б.г.> Затем, чтобы расстояние между радиусами было достаточно большим. Ты же не хочешь сделать сплошной или даже сетчатый экран, а хочешь только несколькими десятками радиусов обойтись?
Да, десятками-сотнями.

Татарин>> И пары тысяч вольт достаточно, чтобы полностью погасить энергию 99% частиц и отразить их при налёте по нормали.
Б.г.> ЭТО ПРИ КАКОМ РАССТОЯНИИ МЕЖДУ ПРОВОЛОКАМИ? ААА, ЭТО ДЛЯ СПЛОШНОГО ЭКРАНА!
Уф. Ты как Факир.
Это ж достаточно просто.

Смотри: две проволоки, под потенциалом 1кВ, на расстоянии 10м друг от друга. Что чувствует заряд на расстояния 100м? Примерно то же, что и чувствовал бы, если б вместо проволок была бы сплошная полоса под напряжением 1кВ. Разница начнём появляться, когда расстояние R до проволок будет сравнимо с расстоянием d между ними. Пока d«R, парус можно считать сплошным - сложи вектора-то.
А "действует" парус на расстояниях, сравнимых с общими размерами паруса - сотнях метров, километрах.
См. радиолампы. Они работают.

Зачем мегавольты?

Пока нам не потребуется отклонять частицы с энергиями в десятки-сотни эВ/ГэВы, мегавольты нам не нужны.

Wyvern-2> Графитизированное высокомодульное УВ толщиной 5 мкм при прочности на разрыв 1,5-3 ГПа с электросопротивлением 0,7*10⁵ Ом*м¹ ... даже не знаю КАК посчитать на квадратный метр площади экрана
Wyvern-2> .¹ - при легировании щелочными металлами, при незначительном снижении прочности достигается сопротивление до ~10^-5 Ом*м
Нужны скорее нити из УНТ - нужна (реально нужна) высокая проводимость+относительная прочность+минимум массы.
Но такие нити уже нам посильны: для жгутов из 0.1мм УНТ прочность уже приемлима, а проводимость и масса - выше всяческих похвал.

Татарин> Смотри: две проволоки, под потенциалом 1кВ, на расстоянии 10м друг от друга. Что чувствует заряд на расстояния 100м? Примерно то же, что и чувствовал бы, если б вместо проволок была бы сплошная полоса под напряжением 1кВ. Разница начнём появляться, когда расстояние R до проволок будет сравнимо с расстоянием d между ними.

Это работает, если у тебя потенциал 1 кВ приложен относительно Солнца, т.е., как бы, от отрицательного провода генератора 1 кВ был протянут провод прямо до Солнца. В случае, когда у тебя изолированный ото всего "зонтик", его потенциал меняется, когда к нему приближаются заряженные частицы.

Б.г.> Это работает, если у тебя потенциал 1 кВ приложен относительно Солнца, т.е., как бы, от отрицательного провода генератора 1 кВ был протянут провод прямо до Солнца. В случае, когда у тебя изолированный ото всего "зонтик", его потенциал меняется, когда к нему приближаются заряженные частицы.
Эмм... ты определение потенциала помнишь? Вот эта "энергия, которой пробный заряд..." и т.д.? Там нет ничего про второй провод. Это абсолютное понятие.

Частица с энергией 1кэВ зарядом, равным заряду электрона, при приближении от бесконечности к электроду с потенциалом в 1.001кВ потеряет 1кэВ (а потом развернётся и полетит обратно). Второй провод нужен только если мы хотим изобразить эту "бесконечность" как-нибудь компактненько, а у нас такой нужды нет.

Теперь по поводу изменения потенциала из-за экранирования: у нас ~1Е9 частиц/м3, полный заряд частиц - порядка 10-7Кл/погонный километр от паруса.
В солнечном ветре даже дебаевский радиус - ~десятая метра.

Не, это незначимо совершенно.

То есть, да: формально ты, конечно, прав. Образуется объёмный заряд, со своим потенциалом и т.п., но насколько нам это значимо? Большому образоваться никак: он рассеется, по двух другим измерениям ничто его не ограничивает. И нас он уже не интересует: он отдал свой импульс, это рабочее тело отработано.

Б.г.>> Это работает, если у тебя потенциал 1 кВ приложен относительно Солнца, т.е., как бы, от отрицательного провода генератора 1 кВ был протянут провод прямо до Солнца. В случае, когда у тебя изолированный ото всего "зонтик", его потенциал меняется, когда к нему приближаются заряженные частицы.
Татарин> Эмм... ты определение потенциала помнишь? Вот эта "энергия, которой пробный заряд..." и т.д.? Там нет ничего про второй провод. Это абсолютное понятие.
Цитирую википедию:

Поскольку потенциал (как и потенциальная энергия) может быть определён с точностью до произвольной постоянной (и все величины, которые можно измерить, а именно напряженности поля, силы, работы — не изменятся, если мы выберем эту постоянную так или по-другому), непосредственный физический смысл (по крайней мере, пока речь не идет о квантовых эффектах) имеет не сам потенциал, а разность потенциалов

 

Татарин> Частица с энергией 1кэВ зарядом, равным заряду электрона, при приближении от бесконечности к электроду с потенциалом в 1.001кВ потеряет 1кэВ (а потом развернётся и полетит обратно). Второй провод нужен только если мы хотим изобразить эту "бесконечность" как-нибудь компактненько, а у нас такой нужды нет.
Всё же, я никак не могу представить себе, каким способом можно придать электрическому парусу потенциал относительно "бесконечности". Ну, то есть, вот, построили мы электронную пушку, и начали плеваться электронами в космос. Очень быстро этот процесс прекратится, потому что электроны начнут возвращаться обратно и оседать на проводах паруса. И я не представляю, как без мегавольтного источника заставить их уйти в межпланетное пространство безвозвратно.


Татарин> Теперь по поводу изменения потенциала из-за экранирования: у нас ~1Е9 частиц/м3, полный заряд частиц - порядка 10-7Кл/погонный километр от паруса.
Татарин> В солнечном ветре даже дебаевский радиус - ~десятая метра.
Татарин> Не, это незначимо совершенно.
Татарин> То есть, да: формально ты, конечно, прав. Образуется объёмный заряд, со своим потенциалом и т.п., но насколько нам это значимо? Большому образоваться никак: он рассеется, по двух другим измерениям ничто его не ограничивает. И нас он уже не интересует: он отдал свой импульс, это рабочее тело отработано.
Вот кажется мне, что какой-то подвох в этом есть, но поймать его формально за шкирку я не могу

Б.г.> Цитирую википедию:
Ну ясен пень, что с точностью до константы. Интеграл же.
Но потенциал на бесконечности можно считать для практических расчётов (и нашего применения) нулём.

Б.г.> Всё же, я никак не могу представить себе, каким способом можно придать электрическому парусу потенциал относительно "бесконечности". Ну, то есть, вот, построили мы электронную пушку, и начали плеваться электронами в космос. Очень быстро этот процесс прекратится, потому что электроны начнут возвращаться обратно и оседать на проводах паруса. И я не представляю, как без мегавольтного источника заставить их уйти в межпланетное пространство безвозвратно.
Да, поэтому вольты на парусе дорогие, и поэтому же так или иначе придётся изображать диполь (выкинутые электроны будут создавать его отрицательную часть). И да, их нужно выкидывать большим напряжением туда, откуда они не вернутся. Это вполне нам по силам, потому что мы не обязаны выкидывать их в одну точку (объёмный заряд, обычное дипольное ограничение нам мешать сильно не должно), а заряд откинутых нами протонов/альфа-частиц/чего-там-ещё солнечного ветра нам в этом поможет.
Нет, здесь тоже не видится нужды в мегавольтах, лишь в напряжении бОльшем, чем у паруса.

Б.г.> Вот кажется мне, что какой-то подвох в этом есть, но поймать его формально за шкирку я не могу
Поймай неформально. Попробую понять.

Б.г.>> Вот кажется мне, что какой-то подвох в этом есть, но поймать его формально за шкирку я не могу
Татарин> Поймай неформально. Попробую понять.
Да безусловно есть и серьезный! А именно, заряженный проводник, подавляющая часть потенциала находится вплотную к нему, и малая доля потенциала остается на большом расстоянии, поэтому отклоняться будут лишь те частицы, которые пролетают близко от проводника, для отклонения всех частиц нужен потенциал, гораздо больший энергии падающих частиц, а именно киловольта, это порядка сотен киловольт,
Что касается плазменного облака, то удержать его проблема неизмеримо сложная, и нужна ловушка существенно большего размера чем облако, да и плазма очень быстро остывает,
Если есть ловушка. то плазменное облако уже не нужно. магнитное поле само справится.
Гигантские магнитные петли выглядят наиболее простыми вариантами

Wyvern-2>> Графитизированное высокомодульное УВ толщиной 5 мкм ....

Татарин> Нужны скорее нити из УНТ - нужна (реально нужна) высокая проводимость

Да нахрена попу гармонь?! Обычное углеродное волокно значительно дешевле и (главное) оно есть в товарных кол-вах. Проводимость при помощи легирования можно сделать лучше чем у меди.

Wyvern-2> И еще - "парус" должен быть ОБЪЕМНЫМ.
объёмный - не позволит иметь вектор силы отличный от направлениея на Солнце.
Проще - раскрутить и по принципу вертолёта.

Wyvern-2>> И еще - "парус" должен быть ОБЪЕМНЫМ.
Дем> объёмный - не позволит иметь вектор силы отличный от направлениея на Солнце.

Подавая различный потенциал на различные петли - можно играться.

Дем> Проще - раскрутить и по принципу вертолёта.

Слишком сложно для цирка, IMHO.

Татарин> У электростатического паруса есть ещё одно важное свойство - это же и электростатическая защита от радиации. Офигительного качества. И не только лёгкая, но и дающая тягу.

О нет. Как раз защита - совершенно, совершенно никакущая. По ряду причин (минимум две).

Wyvern-2> И еще - "парус" должен быть ОБЪЕМНЫМ. Проще всего - сделать его из "восьмерок", в пересечении которых - КК. Нити сами разойдутся под напряжением в идеальный "шарик" и будут отлично передавать импульс тяги на КК.

Да с передачей тяги вообще возникнут сложности, как я писал выше - жёсткость-то на изгиб у нити известно какая. А если потенциал невелик, то сильно жёсткости не добавит.

Татарин> Татарин>> И пары тысяч вольт достаточно, чтобы полностью погасить энергию 99% частиц и отразить их при налёте по нормали.

Но твоя проблема в том, что у радиального паруса ничтожно малая доля частиц налетает по нормали, т.е. с нулевым или близким к нему прицельным параметром

Татарин> Смотри: две проволоки, под потенциалом 1кВ, на расстоянии 10м друг от друга. Что чувствует заряд на расстояния 100м? Примерно то же, что и чувствовал бы, если б вместо проволок была бы сплошная полоса под напряжением 1кВ.

Угу. Т.е. не чувствует почти ничего. А из того, что и чувствует - импульса ("продольного") передаёт еще меньше.

Татарин> Разница начнём появляться, когда расстояние R до проволок будет сравнимо с расстоянием d между ними. Пока d«R, парус можно считать сплошным - сложи вектора-то.

...а эффективная передача импульса идёт на еще на порядки меньших масштабах
Её можно несколько увеличить увеличением потенциала, да. Но ты почему-то как раз этого делать не хочешь

Татарин> А "действует" парус на расстояниях, сравнимых с общими размерами паруса - сотнях метров, километрах.

Это и есть ключевое заблуждение.
Он может быть как-то действует в том плане, что пролетающий мимо протон солнечного ветра почувствует лёгкий зуд в простате. Но не в плане передачи ощутимого импульса.

Татарин> Пока нам не потребуется отклонять частицы с энергиями в десятки-сотни эВ/ГэВы, мегавольты нам не нужны.

Они тебе не нужны, если ты не хочешь значимой "ометаемой площади" - т.е. ширины тех самых радиальных лент. Для киловольт они узкие, для мегавольт - пошире.

Татарин>> А "действует" парус на расстояниях, сравнимых с общими размерами паруса - сотнях метров, километрах.
Fakir> Это и есть ключевое заблуждение.
Fakir> Он может быть как-то действует в том плане, что пролетающий мимо протон солнечного ветра почувствует лёгкий зуд в простате. Но не в плане передачи ощутимого импульса.
Но почему?

Ты отрицаешь закон Кулона?

Татарин> Но почему?
Татарин> Ты отрицаешь закон Кулона?

Отнюдь. Однако я категорически настаиваю на том, что картина зависит не только от расстояния до нити, но и от её диаметра (точечный заряд даст некорректную картину), и что есть дебаевское обрезания - от него тоже никуда не деться. Ну и так по мелочи.

Да собственно, это всё у исходных финнов или шведов, кто они там, ЕМНИС, учитывалось в расчёте.