Можно ли использовать протоны в солнечном ветре для создания фотонного лазерного двигателя для космического корабля?

У меня есть концептуальная идея фотонного лазерного двигателя для космического корабля, и мне интересно, обдумывалась ли уже эта конкретная идея и способна ли она генерировать достаточную тягу для приведения в движение космического корабля.

Пожалуйста, обратитесь к рисунку ниже. Этот фотонный лазерный двигатель будет прикреплен к корме космического корабля, хотя его также можно будет прикрепить к борту космического корабля.

Короче говоря, протоны (или другие положительно заряженные частицы), циркулирующие в солнечном ветре, попадут в круглое отверстие в корпусе двигателя, затем эти протоны будут замедлены электрическим полем внутри двигателя, что приведет к более низкому уровню энергии, что означает, что они потеряют кинетическую энергию и начнут излучать фотоны, тем самым удовлетворяя закону сохранения энергии. Затем эти фотоны попадут в зеркало и отразятся обратно и выйдут из отверстия в корпусе двигателя. Теоретически эти фотоны передают свой импульс двигателю/космическому кораблю путем отражения и толкают космический корабль вперед.

Кроме того, теоретически протоны могут быть полностью остановлены этим электрическим полем, а затем это же электрическое поле изменит их направление на противоположное и ускорит их до высокой скорости, пока они не покинут отверстие в корпусе двигателя.

Можно ли использовать протоны в солнечном ветре для создания фотонного лазерного двигателя для космического корабля?

введите описание изображения здесь

Я думаю, вы только что выиграли конкурс на концепцию двигателя с наихудшей тягой ;-) Вроде бы он сработает, но с мизерными пиконьютонами тяги.
Разве это не то же самое, что светить лазером из задней части космического корабля или фонариком, или я слишком упрощаю?
@Magic Octopus Urn, я не думаю, что это то же самое, хотя лазерный свет будет исходить из двигателя. Из того, что я узнал о фотонных лазерных двигателях, когда фотоны отражаются, часть их импульса/кинетической энергии передается зеркалу и, таким образом, космическому кораблю. Насколько мне известно, импульс/кинетическая энергия фонарику не передается, когда свет, который он создает, выходит из него.
@HRIATEXP ааа ... Теперь я понимаю больше, я очень мало знаю о физике фотонов.
@HRIATEXP Действительно, при излучении фотона фонарика происходит обмен импульсом. Импульс фотона определяется выражением p = h/лямбда, где p — импульс, h — постоянная Планка, а лямбда — длина волны фотона. Атом, излучающий фотон, отскакивает с той же величиной импульса, но в противоположном направлении, и этот импульс в конечном итоге передается фонарику в целом. У большинства фонариков есть коллимирующие зеркала, которые обмениваются импульсом, когда фотоны отражаются от него. Чистый реактивный импульс имеет ту же величину, что и выходящий луч.
@MagicOctopusUrn См. мой ответ HRIATEXP выше.
@ Том Спилкер, я этого не знал, спасибо, что указали на это.
@TomSpilker, это куча пищи для размышлений :). Мне нужно найти постоянную Планка и несколько других условий. Как всегда приветствую мистера Спилкера!

Ответы (1)

Действительно, такой двигатель возможен , но крайне непрактичен.

Проблема заключается в плотности энергии солнечного ветра по сравнению с плотностью энергии испускаемых солнцем фотонов. Лазерный двигатель использует энергию, содержащуюся в встречных частицах солнечного ветра, преобразуя эту кинетическую энергию в электромагнитную энергию (фотоны), а затем используя импульс фотонов.

На расстоянии 1 а.е. от солнца интенсивность солнечного света ~ 1360 Вт м 2 (но вам нужно прокрутить эту ссылку довольно далеко, чтобы найти эту цифру). Статья в Википедии о солнечном ветре служит хорошей общей ссылкой для следующего анализа. На расстоянии 1 а.е. плотность солнечного ветра, в котором преобладают протоны, составляет ~ 10 7 протонов на кубический метр и движется радиально от Солнца в среднем на ~400 к м с . 10 7 протонов на кубический метр - это массовая плотность ~ 1,67 × 10 − 20 к г м 3 . Эта плотность при такой скорости дает энергоемкость ~ 5.4 × 10 − 4 Вт м 2 ; у солнечного света в два с половиной миллиона раз больше!

Если вы собираетесь использовать энергию , излучаемую солнцем, использование энергии фотонов, как это делает солнечная электрическая тяга, намного лучше, чем попытки использовать энергию солнечного ветра.

Глядя на поток импульса вместо потока энергии (для чего потребовалась бы двигательная установка другого типа, чем лазерный двигатель), давление солнечного света на расстоянии 1 а.е. составляет ~ 4,5 × 10 − 6 Н м 2 в то время как из-за солнечного ветра 1 – 6 × 10 − 9 Н м 2 . Это соотношение примерно в 1000-5000 раз лучше, чем отношение потока энергии, но солнечный свет все равно примерно в тысячу раз выше.

Я разговаривал с группой в Финляндии (с некоторым интересом со стороны пары моих друзей из ЕКА), которая пытается разработать систему, которая будет напрямую использовать импульс солнечного ветра. Идея состоит в том, чтобы развернуть огромную сеть (сотни квадратных километров) изысканно тонких электропроводящих проводов, заряженных до высокого потенциала. Теоретически электрическое поле, создаваемое сетью, отражает встречные ионы (опять же, в основном протоны) обратно на Солнце, что приводит к обмену импульсом для создания радиально направленной силы. К сожалению, мои друзья, физики магнитосферы, сказали мне: «Эти ребята не понимают поведения магнитоплазмы», и они утверждают, что сеть не будет работать так, как предполагалось.

Я бы проголосовал за ваш ответ, но у меня еще недостаточно высокий показатель репутации. Я согласен с вами, что использование энергии, излучаемой Солнцем, было бы лучше, чем использование энергии солнечного ветра. Тем не менее, одно преимущество, которое будет иметь этот тип фотонного лазерного двигателя, заключается в том, что если/когда космический корабль отправится в межзвездное пространство, в этот момент он сможет использовать заряженные частицы, летающие в межзвездном пространстве, для продолжения ускорения космического корабля. Кроме того, я думаю, что протонная пушка могла бы увеличить тягу, стреляя протонами прямо в двигатель.
Возможно, вы не сможете проголосовать за ответ, но как автор вопроса вы можете принять ответ как ответ на вопрос, который вас удовлетворит.
Вы упомянули, что скорость солнечного ветра составляет 400 м/с. Это случайно не 400 км/с? Если да, то верны ли другие расчеты?
@grizzly Как говорят медики: Ой!! Да, это должны быть км/с — спасибо, что поймали! Я отредактирую в правильных единицах. И да, все остальные цифры правильные. Это была просто опечатка в единицах измерения.
Можно ли использовать протоны в солнечном ветре для создания фотонного лазерного двигателя для космического корабля?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v