Можем ли мы транспортировать материю на другие планеты с помощью пучка заряженных частиц?

Различные формы этого были предложены в качестве двигательных установок для кораблей в межпланетном или межзвездном пространстве, что должно дать вам некоторое представление об энергии, содержащейся в луче.

Пучок нейтральных частиц необходим для передачи вещества или энергии на большие расстояния, поскольку в противном случае пучок заряженных частиц рассеялся бы. Улавливателем может быть большое сверхпроводящее кольцо, но когда «горячий луч» проходит через магнитное поле, он может снова распасться на ионы, создавая огромное радиоактивное облако. Если луч попадает прямо на цель, например на лунную поверхность, может произойти сильный нагрев и индуцированное излучение в цели. Вы будете добывать радиоактивное стекло для своих материалов.

Лучшим решением может быть «пучок» макроскопических частиц (Smart Dust). Некоторые предложения делают каждую часть «умной пыли» крошечным солнечным парусом, поэтому солнечный свет или, возможно, лазер на орбите можно использовать для ускорения «умной пыли» к цели. Поскольку макроскопические частицы не заряжены и не двигаются с релятивистской скоростью, задача поймать «пучок» умной пыли также значительно упрощается. Возможно, «сковорода для пирога», сделанная из металла или спеченная из реголита, подойдет для ловли массы. Проблема с нагревом все равно будет, только не такая острая (может быть, вам придется выковыривать груду спеченного материала из конструкции «сковороды»).

Некоторые предложения, использующие «умную пыль» для приведения в движение космического корабля, предполагают, что вы можете использовать луч для достижения невероятных ускорений (обычно путем разложения луча на плазму, чтобы он мог эффективно соединяться со сверхпроводящей магнитной «приводной пластиной»), так что это Также возможно генерировать и транспортировать много энергии с помощью «умного луча» макроскопической пыли.

TL;ДР: Нет.

Проблема с пучками заряженных частиц заключается в рассеивании. Поскольку все частицы имеют одинаковый знак заряда, а частицы с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга, луч рассеется, прежде чем достигнет какой-либо цели, и большая часть материала будет потеряна.

В качестве альтернативы, пучок нейтральных частиц вполне мог бы служить для доставки частиц к относительно небольшому пункту назначения через межпланетные расстояния, однако захват этих частиц на другом конце был бы проблемой, и они прибывали бы с энергией, близкой к той, с которой они были ускорены. в первую очередь, поэтому эта система рассматривается для использования в качестве оружия.

С точки зрения физики совершенно неважно, какой механизм используется для доставки какой-либо материи — будь то ракета или поток частиц, вам все равно придется разогнать всю эту материю до необходимой космической скорости и вытолкнуть всю эту массу из-под земного притяжения. ну еще столько же требует физической работы.

У ракет есть один большой недостаток — они подчиняются ракетному уравнению. Им нужно поднимать не только полезную нагрузку, но и ракетный двигатель, и все топливо, и все топливо, чтобы поднять это топливо, что крайне неэффективно ^[1] . Конечно, есть способы улучшить это.

• Запустить полезную нагрузку с двигателем, но без источника энергии. Энергия, необходимая для движения, обеспечивается извне, например, с помощью солнечных батарей или наземного лазера. Реактивную массу все равно придется брать с собой, что подчиняется уравнению ракеты.

• Используйте лазерную тягу, когда свет сам по себе передает импульс полезной нагрузке.

• Выполняйте все ускорения вперед с помощью стационарного устройства (например, рельсотрона), чтобы для полезной нагрузки не требовалось ни двигателей, ни топлива. Из-за высоких ускорений это, как правило, не подходит для доставки живых форм жизни, но для сырья это не представляет проблемы. Это был бы самый реальный вариант дешевой доставки большого количества малоприоритетных грузов межпланетного масштаба. Если вы хотите запустить с Земли прямо на целевую планету, трение, вызванное атмосферой, является серьезной проблемой (вы не хотите, чтобы ваш груз сгорел).

  В зависимости от множества переменных (в основном масштаба) наиболее экономичным решением было бы либо использовать дешевые ракеты для доставки груза к орбитальному рельсотрону, обеспечивая начальную дельта-v для небольшой ракеты с помощью массового привода, либо создание огромного вакуума. трубу в более высокие слои атмосферы, через которые груз ускоряется. См., например, концепцию Star Tram в качестве интересного примера и страницу Surface to Orbit в Project Rho для сравнения различных концепций наземного запуска.

Ускорение крупных объектов (пару тонн) со стационарного устройства логистически проще, чем ускорение малых объектов (микроскопической пыли или отдельных молекул, т. е. газа или плазмы). Последнее требует дополнительной энергии, в первую очередь, для разрушения материалов и больших усилий для замедления, захвата и рекомбинации переносимого вещества.

_{[1]: Технический термин «экспоненциальный».}

Как уже говорилось, одинаковые заряды отталкиваются, и поэтому будет распространяться ненейтральный луч.

Самое близкое к тому, о чем вы просите, - это использовать рельсовую пушку или катапульту для запуска готовых (или частично готовых) продуктов на орбиту вокруг планеты назначения для сбора. Вам все равно понадобится упаковка (с прикрепленными двигателями) на случай, если что-то пойдет не так, или для внесения микрокоррекций после запуска.

Вы ничего не получите ни за что. Энергия, необходимая для того, чтобы что-то доставить куда угодно, определяется выражением e=mc^2. Сам жду антигравитационных двигателей, тогда можно будет использовать летающие тарелки для транспорта. В конце концов, физика доберется до этого.