Какие трудности связаны с разработкой фотонного двигателя?
Речь идёт об установке, использующей э/м излучение вместо реактивной струи классических ракетных двигателей.
На сколько реально и в насколько далёком будущем можно будет создать излучатель настолько высокой частоты, что испускаемые кванты э/м излучения будут иметь импульс, хотя бы приблизительно сопоставимый с реактивными(пусть даже миниатюрными) двигателями?
Правильно ли я понимаю, что теоретический КПД такого двигателя должен быть весьма высок при очень высоких частотах излучения?
ТехнологииФизика+2
Рассказываю по пунктам.
- Насчет создания импульса хотя бы приблизительно сопоставимого с реактивными миниатюрными двигателями. Импульс фотона считается по формуле
Поэтому чем больше частота фотона, тем больше у него импульс. Рентгеновский диапазон будет лучше чем ультрафиолет. А гамма-диапазон будет лучше всего. При этом импульс одиночного фотона в данном вопросе имеет какое-то значение, но не решающее. Тяга создается еще и интенсивностью испускания этих фотонов. Снизив частоту в 2 раза и при этом увеличив интенсивность испускания в два раза, тяга останется такой же.
- На сегодняшний день уже существуют искусственные источники рентгеновского (аппараты в поликлинике) и гамма излучения (гамма-дефектоскопы).
- Основная трудность будет не в излучателе. Ограничение скорости любого космического аппарата, связано с количеством топлива, которое можно взять на борт и удельной энергией, которую можно получить из этого топлива (Дж/кг). Максимальная скорость рассчитывается по формуле Циолковского
Поэтому, если мы хотим тянуть топливо с собой и приблизится к скорости света, использовать нужно только один вид топлива - антивещество. Все остальное и близко не подходит.
- Предположим у нас есть какой-то фантастический способ получать антивещество в промышленных масштабах и даже хранить его в спокойных земных условиях. На огромных скоростях будут возникать огромные ускорения и огромные перегрузки. Космические лучи, пыль и газ, случайно пробившиеся сквозь защиту будут пробивать корабль на околосветовой скорости насквозь. Таким образом вероятность взрыва всегда будет близка к единице, а вероятность благополучного полета стремится к нулю. По моему личному мнению, именно это всегда будет являться основной проблемой, которую никак не решить реалистичными методами.
- Как работает фотонный двигатель на антивеществе? В камере сгорания смешиваются вещество и антивещество, в результате чего происходит аннигиляция с образованием пи-мезонов и продуктов их распада, а также нейтрино, гамма-квантов и других частиц. при этом полезная энергия, которую можно использовать для тяги создается исключительно гамма-квантами. Максимальное КПД, которое можно достичь таким способом примерно 23%. Однако если вспомнить формулу Циолковского, это не будет принципиальной проблемой. просто масса топлива должна быть больше,чем остальная масса звездолета.
- К сожалению таким способом можно получить только фотоны высоких энергий. Гамма-излучение, самое жесткое электромагнитное излучение из всех существующих и самое неудобное для использования.
Для того, чтобы получить направленный толчок обязательно нужен отражатель, но гамма-излучение высокой мощности разрушает любое вещество, его атомные ядра, поэтому отражатель из вещества здесь не подойдет. Какие либо поля тоже под вопросом, потому что фотоны практически не взаимодействуют с другими фотонами.
Вывод - создание фотонного двигателя и звездолета на его основе произойдет еще очень нескоро. Это будет очень ненадежный транспорт.
Спасибо за обстоятельный ответ.
Я думал вдруг если значительно повысить частоту - выше привычного диапазона гамма... Читать дальше
Главная трудность состоит в отсутствии методов эффективного преобразования энергии излучения в кинетическую энергию макроскопического тела.
Обычно предлагаются способы, основанные на передаче импульса от излучения к телу, однако импульс излучения равен энергии, деленной на скорость света, т.е. очень мал по сравнению с импульсом массивного тела. Поэтому такие способы... Читать далее