cicatrix

cicatrix

На Пикабу
Дата рождения: 06 июня 1976
Useee
Гость и еще 1 донатер
поставил 1608 плюсов и 1665 минусов
отредактировал 25 постов
проголосовал за 42 редактирования
Награды:
За участие в Пикабу-Оскаре самый сохраняемый пост недели 5 лет на Пикабуболее 1000 подписчиков
121К рейтинг 4107 подписчиков 25 подписок 60 постов 51 в горячем

Настоящий космический бой

Одно из обсуждений здесь на Пикабу коснулось космических боёв. Не таких, как нам показывают в фильмах и играх, а тех, которые могли бы происходить в реальности.

Некоторое время назад я уже размышлял на эту тему, теперь хочу поделиться своими соображениями, каким мог бы быть бой между двумя космическими кораблями в реальности.

(Опять много букв!)

Настоящий космический бой Космические исследования, Космос, Космическая война, Научпоп, Длиннопост

Мы будем рассматривать только те технологии, которые допускаются современной физикой, поэтому я не буду касаться сверхсветовых двигателей, инерциоидов, двигателей без выброса реактивной массы, силовых полей, тахионных излучателей и прочих экзотических изобретений фантастов и режиссёров.

Космос представляет собой новый уникальный театр военных действий, с которым человечество никогда ранее не сталкивалось. В фильмах и компьютерных играх можно часто видеть некое воссоздание морских сражений эпохи наполеоновских войн или адмирала Нельсона, где огромные корабли дают друг в друга грандиозные залпы из исполинских орудий, а между ними, как уже происходило во Вторую Мировую, идёт ожесточённый бой маленьких истребителей. Создателей этих фильмов и игр можно понять, так как зрелищность в индустрии развлечений много важнее реалистичности.

Реальный же космический бой будет выглядеть не так эпично, происходить гораздо быстрее, и в целом, смотреть в нём особо будет не на что.

Давайте подробнее разберём все фазы космического боя, и начнём с обнаружения противника.

Настоящий космический бой Космические исследования, Космос, Космическая война, Научпоп, Длиннопост

В космосе, несмотря на то, что он кажется большим, холодным и пустым, как бы это не казалось кому-то парадоксальным, всегда прекрасная видимость и отсутствуют плохие метеоусловия, что подводит нас к первому новшеству - скрытность в космосе невозможна. В космосе нельзя подкрасться к противнику незаметным. Любой космический корабль излучает тепло и будет хорошо заметен на фоне холодного космоса за многие сотни тысяч, если не миллионы километров (даже слабосильный ионный двигатель можно засечь современными средствами обнаружения на расстоянии до 1 астрономической единицы /~150 млн. км/).

Чтобы просто затаиться, можно попробовать излучать всё своё тепло в противоположном направлении от противника, но, во-первых, это технически трудно-реализуемо, во-вторых, данной тактике легко противодействовать запуская следящие зонды, оснащённых детекторами инфракрасного излучения в разных направлениях.

Ещё труднее сделать конструкцию своего корабля такой, чтобы он мог запасать тепло во внутренних радиаторах, но рано или поздно наступит перегрев, который может повредить или вовсе уничтожить такой корабль.

Настоящий космический бой Космические исследования, Космос, Космическая война, Научпоп, Длиннопост

Рис.: Радиатор на МКС

Вопреки распространённому мнению, непосредственное маневрирование может быть и не связано с сжиганием топлива, например, при использовании "солнечного паруса", однако, развиваемая им "тяга" крайне низка, двигаться он позволяет только в направлении от Солнца, а размеры самого паруса настолько велики, что могут быть обнаружены в видимом диапазоне электромагнитного излучения обычным телескопом.

Итак, мы увидели противника (а он увидел нас!), теперь необходимо определить, что это за противник. Используя спектрометрию мы исследуем яркость и температуру реактивных струй, покидающих его двигатели, сопоставляем эти данные с наблюдаемым ускорением, и узнаём массу вражеского корабля. Тепловые ловушки и прочие цели-обманки не сработают. И противник, и мы знаем все характеристики друг друга, возможности нашего вооружения и средств защиты.

Космический бой будет проходить в условиях беспрецедентной осведомлённости о силах, средствах и местонахождении противника. Никакого "тумана войны", поле боя открыто как шахматная доска.

Настоящий космический бой Космические исследования, Космос, Космическая война, Научпоп, Длиннопост

Рис. Скрин из игры Children of a dead Earth

Начиная сближение, следует иметь в виду, что оно будет происходить на скоростях, измеряемых в километрах или даже десятках километров в секунду. На принятие решений у нас будут миллисекунды, поэтому мы полностью исключаем человеческий фактор и включаем боевой компьютер, так как человек не способен анализировать информацию и принимать решения с требуемой скоростью. Далее, всё управление боем будет происходить исключительно "на автопилоте".

Мы готовимся к сражению до первого попадания, так как, вероятнее всего, одного попадания окажется достаточно для уничтожения противника. Не исключён так же исход, когда в результате космической дуэли погибнут оба противника.

Не увидим мы и красочных боёв истребителей в стиле "Звёздных войн". Космический истребитель может лететь в заданном направлении, при этом стрелять вперёд, назад, вверх, вниз, изменяя свою ориентацию в пространстве как угодно. Чтобы повторить сцену кинематографического боя двух истребителей, два враждующих пилота должны действовать сообща, координируя свои движения, двигаясь с одной скоростью, в одном направлении, синхронно включая маневровые двигатели.

Наш корабль весьма мал, до размера линкоров Второй Мировой или авианосцев современности, ему далеко. Нет смысла делать большие корабли, когда что одного попадания ядерного заряда или просто кинетической болванки будет, скорее всего, достаточно, чтобы его уничтожить или безнадёжно вывести из строя. Не сильно обнадёживающе. Кроме того, большой корабль столкнётся с большими нагрузками на конструкцию при маневрировании и попросту развалится. Нет на нём и серьёзной брони, так как от прямого попадания она всё равно не защитит, а масса сильно увеличится, что отрицательно скажется как на запасе хода, так и на манёвренности, а скорость и манёвренность корабля - его единственная надежда на выживание. Именно по этой причине, любой беспилотник получает огромное боевое преимущество перед пилотируемыми кораблями. Мало того, что ему не надо нести в себе системы жизнеобеспечения, пустое пространство для проживания экипажа, защиту от радиации, запасы пищи и средства спасения, но, кроме того беспилотный корабль оказывается гораздо манёвреннее, ведь ему не надо следить, чтобы перегрузки при ускорении, маневрировании и торможении оказывались переносимыми для экипажа. Хорошо сконструированный беспилотник может выдерживать ускорение в десятки g, может быть, даже сотни, что гарантированно убьёт человеческий экипаж, а в космической битве, если ты недостаточно быстр - ты мёртв.

Настоящий космический бой Космические исследования, Космос, Космическая война, Научпоп, Длиннопост

Любой наш манёвр - это придание ускорения в занном направлении, которого можно достичь согласно третьему закону Ньютона только путём отбрасывания реактивной массы - включением двигателя и сжиганием топлива. Одной из важнейших характеристик любого космического аппарата является запас характеристической скорости (дельта-V или dV), который измеряется в км/с (или м/с). Её можно описать как максимальное изменение скорости, которое способен произвести корабль, используя имеющийся запас топлива, иными словами запас манёвренности. Чем больше наш dV, тем больше изменнний траектории мы можем себе позволить. Есть два способа заставить космический корабль ускоряться быстрее - сжигать больше топлива за единицу времени, либо использовать более высокую температуру сгорания. Первое даёт большую тягу, но увеличивает расход топлива, второе - пониженный расход топлива, но более низкую тягу.

В погоне за высоким dV на счету каждый килограммм. Именно поэтому, наш корабль не должен иметь на борту ничего лишнего (вроде человеческих существ и средств обеспечения их жизнедеятельноси), а если экипаж и необходим, то чем меньше он будет - тем лучше. Идеальный боевой космический корабль должен состоять из набора вооружений, прикреплённых к двигателю с топливными баками.

Настоящий космический бой Космические исследования, Космос, Космическая война, Научпоп, Длиннопост

Рис. : вот так скучно и неказисто может выглядеть наш корабль. Кадр из игры Children of a dead Earth.

Нет,  мы не увидим лазеры на нашем корабле. Несмотря на кажущуюся привлекательность данного вида вооружений, давайте честно посмотрим фактам в глаза - лазеры слишком громоздки для космического боя. Давайте прикинем: для уничтожения ракеты или дрона, который вращается, снижая эффективность нагрева, и имеет покрытие с хорошей теплоёмкостью, потребуется энергетическое воздействие в 60-80 КДж/см^2. Хорошо сфокусированному ультрафиолетовому лазеру, мощностью в 100 МВт потребуется от 2 до 4 секунд, чтобы уничтожить такую цель на дистанции в 10 тыс. км, от 20 до 40 секунд на 30 тыс. км и от 70 до 113 секунд на дистанции в 50 тыс. км. Может, и неплохо, но подобный лазер имеет зеркало диаметром в 10 метров, подобная выходная мощность потребует порядка 1 ГВт электроэнергии, а сама установка будет генерировать 900 МВт тепловой энергии, которую надо будет отводить при помощи массивных радиаторов. Импульс в несколько секунд должен будет сопровождаться минутами на охлаждение и отвод паразитного тепла. Турель с таким лазером будет размером с небольшой дом и потребует отдельного реактора для запитки, кроме того, она не сможет быстро вращаться при прицеливании. Если мы имеем дело с атакующим, хаотично маневрирующим роем из ракет и дронов, некоторые из которых могут ещё и распылять газ или жидкость, которая будет дополнительно рассеивать луч, можно понять, что применение подобного монстра будет абсолютно неэффективным.

Настоящий космический бой Космические исследования, Космос, Космическая война, Научпоп, Длиннопост

Так что же вместо лазеров? Посмотрим на вооружение нашего корабля.

В первую очередь, на борту имеется несколько сотен вооружённых автономных дронов. Дроны различаются по виду и назначению:
Одни - дроны-перехватчики, имеющие очень высокую скорость и манёвренность. Их задача - уничтожение элементов вражеского роя (ракет и дронов). Они начинены мелкими поражающими элементами и тяжёлым сердечником. По возможности, он выстреливает шрапнель в сторону вражеской ракеты или дрона стараясь вывести из строя двигатели, системы управления или ориентации, главная задача такого выстрела - прекратить маневрирование цели, превратив её в свободно-летящую. При исчерпании боезапаса, такой дрон получает целеуказание и таранит вражеский дрон или ракету, стараясь достичь максимальной кинетической энергии удара.

Второй тип дронов - постановщики помех - такие дроны распыляют аэрозоль или газ, рассеивающий лазерные лучи, а так же имеет на борту мощные радиоизлучатели, глушащие сигналы вражеского роя.

Третьи - дроны-разведчики - начинены инфракрасными датчиками, радарами и лазерными дальномерами, обеспечивая рой и материнский корабль полной информацией о местонахождении, траекториях, скоростях и прочих характеристиках вражеского роя.

Компьютер на материнском корабле анализирует обстановку, просчитывает оптимальные варианты нейтрализации вражеского роя, даёт индивидуальные целеуказания, и в целом руководит процессом.

Четвёртый тип - собственно, ракеты - те же дроны, только имеющие на борту ядерный или термоядерный заряд. Их задача - уничтожение материнского корабля. Это самые тяжёлые и тяговооружённые дроны из всего роя. Их задача, хаотично изменяя свою траекторию добиться максимально-возможного сближения с вражеским материнским кораблём и подорвать заряд.

Настоящий космический бой Космические исследования, Космос, Космическая война, Научпоп, Длиннопост

Несмотря на кажущийся огромным разрушительный потенциал ядерного и термоядерного оружия, следует иметь в виду, что для эффективного поражения взрыв подобного боеприпаса должен произойти как можно ближе к цели, так как в космосе отсутствует два из важнейших поражающих факторов подобного оружия - температура и ударная волна. Поражающее воздействие наших и вражеских ракет с ядерными и термоядрными боеголовками связаны лишь с электромагнитным излучением высокой интенсивности, и эта энергия убывает пропорционально квадрату расстояния до цели, поэтому крайне важно дать нашим ракетам достаточно времени для того, чтобы подойти как можно ближе к вражескому кораблю.

Каждый элемент роя поддерживает связь с соседями при помощи радиосвязи или направленных лазерных лучей, когда вражеские помехи и ядерные взрывы делают радиосвязь ненадёжной. Будучи отрезанными от коммуникаций с остальным роем, дрон или группа дронов способны самостоятельно продолжить выполнение боевой задачи в меру своих возможностей, либо предпринять действия по восстановлению коммуникаций.

Из-за небольшого размера дронов запас dV у них не велик. Очень оптимистичным для будущих технологий можно считать бюджет в 5-10 км/с. Это сравнимо с dV стартующей с Земли на орбиту ракетой. И хотя, в открытом космосе, такого запаса хватит, чтобы долететь до Плутона, так как свободно-летящий по прямой траектории дрон представляет собой прекрасную мишеть, необходимость в частом маневрировании, и высоком ускорении при манёврах серьёзно сокращает дистанцию активного взаимодействия с противником.

Настоящий космический бой Космические исследования, Космос, Космическая война, Научпоп, Длиннопост

Последней линией обороны, на близких расстояниях, как ни странно, в противодействии вражеским ракетам и дронам, является скорострельное кинетическое оружие (банальные пушки и пулемёты). Да, пороховое оружие прекрасно работает и в космосе (в герметичной гильзе достаточно окислителя для сгорания пороха). Хотя принцип метания может быть любым (электромагнитные пушки, например), у порохового оружия есть преимущество - оно компактнее и не требует подвода дополнительной энергии. Эффективность в космосе будет даже выше, так как пули/снаряды не тормозятся о воздух и не теряют своей скорости. Тем не менее, нам необходимо помнить о законе сохранения импульса - даже повреждённая нашим снарядом вражеская ракета всё ещё представляет опасность, так как движется к нам на относительной скорости порядка (десятков) км/с, и имеет высокую кинетическую энергию, поэтому ммпульс наших снарядов должен быть достаточно высоким, чтобы погасить эту энергию. Нам необходимо кинетическое оружие с высокой дульной энергией. Большая скорость снаряда предпочтительнее большой массы, так как энергия удара растёт линейно пропорционально массе и квадратично пропорционально скорости (Е = m*v^2 / 2).
Не следует забывать и о перегреве. Отвести тепло в космосе можно только излучением, поэтому каждой такой пушке потребуется мощный радиатор.

Настоящий космический бой Космические исследования, Космос, Космическая война, Научпоп, Длиннопост

Скорость сближения двух кораблей может колебаться от нескольких метров в секунду (на параллельных курсах) до десятков километров в секунду (на встречных курсах).
Встречный курс представляет собой наибольшую опасность для обоих противников, так как даже обыкновенная гайка на подобной скорости способна прошить корабль насквозь и нанести серьёзные повреждения. Кроме того, поскольку время столкновения очень мало, дроны покажут себя наиболее эффективно, так как не успеют за это время истратить свои запасы топлива, и будут способны нанести максимальный урон противнику. Обратной стороной медали является то, что и на уничтожение вражеских дронов времени будет крайне мало. Наиболее вероятный исход столкновения на встречных курсах - взаимное уничтожение.

Сближение на параллельных курсах может происходить с любой скоростью (хоть 1 см. в год), и тактика здесь совершенно другая - это борьба на истощение. Чьи дроны ранее израсходуют своё топливо, тот и проиграл, так как времени на эффективное обнаружение и уничтожение будет более чем достаточно. Поскольку запас дронов ограничен, большие шансы на успех имееет тот корабль, у которого больше дронов на борту. При равных силах, наиболее вероятным исходом станет ничья, когда ни один корабль не сможет вывести другой из строя.

Вот, примерно так, по моему мнению мог бы выглядеть реальный космический бой. В этих размышлениях для меня осталось загадкой только одно - какая в этом всём цель - кому и зачем может потребоваться вести неимоверно-дорогостоящие боевые действия в открытом космосе.

В космосе хватит места на всех.

Показать полностью 10

Как термоядерный синтез решит почти все наши проблемы

Этот пост - не о том, какие проблемы есть у термоядерной энергетики, а фантазия на тему того, что человечеству может дать доступ к термоядерной энергии.


(Очень много букв!)


Доступ к дешёвой энергии не будет означать лишь то, что вы будете меньше платить по счётчику за электричество. По своему масштабу, это будет грандиозный скачок! По важности для истории человечества это будет сравнимо с приручением огня и изобретением письменности.


(по мотивам Youtube публикаций канала Science and Futurism пользователя Isaac Arthur)

Как термоядерный синтез решит почти все наши проблемы Футуризм, Термоядерный синтез, Познавательно, Наука, Планы на будущее, Гифка, Длиннопост

Картинка пользователя T-McG (Deviant Art)



Термоядерный синтез получил несколько дурную репутацию. В 50-х годах прошлого века говорили, что эта технология придёт «через 20 лет», но и спустя семьдесят лет с тех пор, люди по-прежнему говорят «через 20 лет», и поэтому, когда речь заходит о термоядерной энергетике, людьми овладевают сомнения, а некоторые даже заявляют, что данная технология невозможна.


История изобретения водородной бомбы наглядно показывает, почему про термоядерную энергетику говорят, что она всегда останется «технологией будущего».


За одно поколение, человечество преодолело путь от понимания устройства атомного ядра до атомной бомбы. Спустя всего 7 лет после Хиросимы и Нагасаки мы получили водородную (термоядерную) бомбу. Многие тогда думали, что управляемый термоядерный синтез не за горами, но более, чем полвека спустя, воз и ныне там. Впрочем, в последнее время учёные начинают делать определённые успехи.


Сегодня мы перешагнём через скепсис, а так же не будет подробно рассматривать конкретные механизмы и конструкцию реакторов, в которых предполагается получить синтез. В сети есть множество материалов и дискуссий на эту тему, создавать ещё одну было бы бессмысленно.


Давайте, всё же, очень быстро коснёмся основных аспектов технологии, а так же рассмотрим конструкцию реактора, которая точно работает, и пойдём дальше.


Термоядерный синтез – это то, на чём работают звёзды в нашей вселенной. Это процесс сталкивания друг с другом множества ядер лёгких элементов, таких как водород, либо его основой изотоп – дейтерий, пока они не образуют в результате столкновения более тяжёлые элементы, такие как гелий. Ядра гелия тоже можно столкнуть друг с другом, чтобы образовать ядро углерода.


Ниже показан пример синтеза ядер трития и дейтерия с образованием ядра гелия.
Как термоядерный синтез решит почти все наши проблемы Футуризм, Термоядерный синтез, Познавательно, Наука, Планы на будущее, Гифка, Длиннопост

Процесс сопровождается выбросом огромной энергии – в ядре дейтерия один нейтрон и один протон, в ядре углерода 6 нейтронов и 6 протонов. Но ядро углерода весит гораздо меньше, чем 6 ядер дейтерия, поэтому вся «недостающая» масса превращается либо в нейтрино, либо в очень быстрые фотоны, энергию которых мы и можем использовать.


Это колоссальная энергия, гораздо больше, в миллионы раз большая энергия, чем энергия, которую можно получить из эквивалентной массы бензина или угля.


Может быть, мы и получим управляемый синтез в ближайшее время, а может быть и нет, однако, как уже было сказано, у нас всегда была схема работающего термоядерного реактора (и это не Солнце!).


Если упрощённо, можно построить подземный, хорошо (очень хорошо!) укреплённый бункер побольше, наполнить его водой, вывести патрубки к турбинам на поверхности. Затем просто бросить внутрь термоядерную бомбу и взорвать её. Тепло от взрыва разогреет воду, превратит её в пар, пар закрутит турбины, мы получим энергию. Когда пар иссякнет, можно повторить процесс. Если взрывать по одной бомбе в час, можно спокойно питать энергией целый промышленно-развитый континент.

Как термоядерный синтез решит почти все наши проблемы Футуризм, Термоядерный синтез, Познавательно, Наука, Планы на будущее, Гифка, Длиннопост

Однако, данный метод не очень привлекателен, термоядерные бомбы не такие уж и дешёвые, а сооружение экспериментального реактора ITER вместе с большим адронным коллайдером покажутся конструктором Lego, по сравнению с подобным бункером.


Но это будет работать!


Давайте, всё же, не будем останавливаться на более изящных устройствах и просто предположим, что у нас имеется рабочий термоядерный реактор и заострим своё внимание на том, какой переворот данная технология совершит в нашей экономике.


В начале, следует, конечно же, оговориться, что термоядерный синтез не является неисчерпаемым источником энергии, однако, данный вид энергии производится из одного из наиболее распространённых веществ во вселенной, и удельная выработка на килограмм вещества настолько велика, что один супертанкер с термоядерным топливом мог бы снабжать энергией всю мировую экономику несколько тысячелетий.



ТРАНСПОРТ

Как термоядерный синтез решит почти все наши проблемы Футуризм, Термоядерный синтез, Познавательно, Наука, Планы на будущее, Гифка, Длиннопост

Мы знаем, насколько дешева электроэнергия, произведённая на атомной электростанции. Термоядерная энергия будет ещё дешевле, однако это не сильно помогает нам с автомобилями (автомобили на тории – полная чушь!) Сейчас пытаются использовать батареи или солнечные панели, однако они малоэффективны, и с трудом могут заменить бензин. Но ведь у нас есть термоядерная энергия, почему бы просто не продолжить использовать бензин?


Абсурд?! Вовсе нет. Ископаемое топливо называют углеводородным потому, что в присутствии высоких температур и кислорода, они горят и распадаются на воду и диоксид углерода (углекислый газ), высвобождая запасённую химическую энергию. Этот же процесс можно запустить и в обратную сторону – соединить воду и углекислый газ, чтобы получить в итоге углеводород и воду. Первый процесс производит энергию, второй наоборот – требует потратить её, и, по правде говоря, тратится на это гораздо больше энергии, чем можно получить от повторного сжигания, потому-то сейчас делать это абсолютно бессмысленно. Но если у вас есть практически неисчерпаемый источник энергии, кого будет волновать, что на производство запасание 1 литра «ёмкостью» в ~30 млн джоулей энергии придётся затратить четверть миллиарда джоулей?


Обыкновенная «пальчиковая» батарейка ААА стоит в районе 50 рублей за штуку, примерно столько же, чуть дороже 1 литра бензина, но не содержит и одной тысячной доли энергии, чем бензин, и ещё больше энергии, чем в батарейке содержится, тратится на её зарядку. Но она всё ещё стоит своих денег из-за своей транспортабельности. Если бы у нас были батареи, которые бы по плотности энергии были бы лучше, чем ископаемое топливо, нас бы это не волновало, но у нас нет таких батарей, кроме того, со временем любая батарея теряет свой заряд, и это происходит гораздо быстрее, чем бензин теряет свои свойства.

И так, если у вас есть термоядерная энергия, у вас есть дешёвое топливо. И это  без вреда для экологии!


ЭКОЛОГИЯ И СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО

Как термоядерный синтез решит почти все наши проблемы Футуризм, Термоядерный синтез, Познавательно, Наука, Планы на будущее, Гифка, Длиннопост

Вы так же можете получить и дешёвое удобрение. В качестве основного удобрения мы используем соединения азота, которые мы получаем в промышленности из аммиака, произведённого по процессу Габера-Боша из атмосферного азота и того же водорода.


Такой же трюк мы можем проделать и с фосфором – вторым по своему значению удобрению. Фосфор в естественных условиях не встречается в высоких концентрациях, во многих местах его добыча весьма дорого стоит, но если у нас есть дешёвая энергия, его можно сепарировать весьма простыми методами (хоть на центрифугах).


Всё те же принципы применимы к любому минералу, хотите – с термоядерной энергией можно разрабатывать хоть астероиды!


По этой же причине, имея много энергии, утилизация и повторная переработка любых отходов существенно удешевляется и упрощается.


То же с водой. На нашей планете во многих местах ощущается нехватка пресной воды, но с дешёвой энергией солёную воду можно опреснять даже для нужд сельского хозяйства. У вас не будет засух, у вас всегда будет вода, чтобы поливать поля.


У вас всегда будут дешёвые, углеродно-нейтральные пластики или поликарбонат для возведения теплиц, которые позволят существенно сократить затраты воды, а так же

поддерживать температуру, более благоприятную для растений.


Да что там, вы всегда сможете отапливать данные теплицы хоть за полярным кругом!


И так, под нужды сельского хозяйства в нашем распоряжении окажутся все пустыни и вся вечная мерзлота, мы сможем ставить отапливаемые теплицы, набитые дешёвыми удобрениями, которые смогут производить гораздо больше еды, чем старомодные фермы.


Но это ещё не конец, возможно, вы слышали о вертикальных фермах, где растения растут в несколько этажей. С дешёвой энергией мы можем освещать их инфракрасными светодиодами, предоставляя наилучшие условия для фотосинтеза.


Когда мы говорим о вертикальных фермах, или подземных фермах или о гидропонике, нам необходимо знать, сколько энергии требуется для производства одной калории (на самом деле килокалории) пригодной для еды пищи. Или, проще говоря, количестве еды, которое требуется человеку в год.


Немного сложно сделать точную оценку, поэтому приведённые цифры будут весьма приблизительны.


Начнём с времён охоты и собирательства – на то, чтобы прокормить одного человека, требовался примерно 1 кв. км земли. Питание – от Солнца. Это даёт нам примерно 10^16 джоулей солнечной энергии в год.


В средние века, ферма на 80 гектар могла нормально прокормить семью, и это было в 100 раз эффективнее – примерно 10^14 джоулей в год на человека.


При термоядерном синтезе проходит конверсия массы с эффективностью около 1% (старое доброе E = MC^2), что даёт 10^17 джоулей на килограмм полной конверсии или 10^15 джоулей (для 1% конверсии). Это означает, что для охотников-собирателей вам потребуется 10 кг термоядерного топлива на человека в год, для доинтустриального общества уже в 10 раз меньше – всего 1 кг.


В этом же масштабе, современный землянин в постиндустриальном государстве использует несколько сотен миллиардов джоулей энергии в год, что эквивалентно порядка 10 тыс. литров бензина, либо менее 1 грамма термоядерного топлива.


Но можно пойти и дальше, новые технологии, энергосбережение, использование только инфракрасного спектра, вертикальные фермы, всё это можно попытаться довести до приблизительно нескольких сотен миллиардов джоулей в год на человека.


Помимо растительной пищи, нам требуется и мясо (веганы негодуют!). Нужны пастбища, поэтому, следует немного увеличить годовое энергопотребление на одного человека, скажем, до круглой цифры в триллион джоулей в год, что эквивалентно одному грамму термоядерного топлива.


Я умышленно применяю термин термоядерное топливо, так как неизвестно, что именно будет использоваться в качестве такового - простой водород был бы идеален, так как он является наиболее распространённым веществом во вселенной. Однако, в настоящее время исследования направлены на различные изотопы водорода и гелия, например, дейтерий. Дейтерий тоже весьма распространён, но, разумеется, не так широко, как простой водород.


Но что важно, так это то, что, вне зависимости от типа термоядерного топлива, одного его грамма достаточно, чтобы поддерживать комфортное существование человека хоть на Луне, хоть на Плутоне. Килограмма этого топлива хватит на обеспечение роскошных условий существования всю его жизнь. Десять тонн этого топлива хватит, чтобы поддерживать в течение года естественное “солнечное” освещение на территории, сравнимой с республикой Ингушетия (3,6 тыс. кв. км).


ОСВОЕНИЕ КОСМОСА

Как термоядерный синтез решит почти все наши проблемы Футуризм, Термоядерный синтез, Познавательно, Наука, Планы на будущее, Гифка, Длиннопост

Иными словами, вы можете построить огромный вращающийся цилиндр О’Нила с искусственным солнцем в центре, на внутренней поверхности которого можно разместить заповедник дикой природы.


Подобный цилиндр способен обеспечить комфортное проживание нескольких сотен тысяч жителей, которые будут обеспечены всем необходимым. Добывая простой водород, такая колония, теоретически не будет нуждаться более ни в чём.


Имея полную автономию, человечество может строить поселения где угодно в Солнечной системе.


И разумеется, сооружение подобной колонии будет существенно легче при наличии неограниченного количества дешевой энергии.


Наличие термоядерной энергии позволит космическим кораблям ускоряться непрерывно неделями, если не месяцами, что может сократить длительность полёта, например, к Марсу с нескольких месяцев до нескольких недель, если не дней. А топливо - топлива всегда в избытке. Запасов водорода на одном Юпитере хватит на многие многие поколения.


Перечисленное в данном посте - далеко не всё. Освоение термоядерной энергии гарантирует человечеству выживание и уверенность в завтрашнем дне. Освоение данного технологического уклада изменит жизнь людей фундаментальнейшим образом. Надеюсь, к лучшему.

Показать полностью 6

Кому варез?

Разбираю хлам перед переездом, наткнулся на коллекцию антиквариата.

Размышляю, что делать с этим, выкидывать как-то жалко. Артефакты минувшей эпохи.

Кому варез? Старина, Молодость, Ностальгия, Ретро, Warez
Показать полностью 1

Будут ли у нас WARP-двигатели?

Во многих научно (и не очень) фантастических фильмах и книгах мы встречали космические корабли, бороздящие просторы вселенной при помощи гипердвигателей или WARP-двигателей, так или иначе при помощи них люди преодолевали скучные ограничения, накладываемые физикой, и перемещались в пространстве быстрее света.

Подобные двигатели расценивались физиками как фантастика и не принимались всерьёз.

Будут ли у нас WARP-двигатели? Warp Drive, Космос, Быстро, Гифка, Длиннопост, Физика

Художник (Mark Rademaker)


Так продолжалось до 1994 года, пока мексиканский физик-теоретик Мигель Алькубьерре не опубликовал в журнале Classical and Quantum Gravity работу под названием: "The warp drive: hyper-fast travel within general relativity" (Варп-двигатель - гиперскоростное движение в рамках общей теории относительности).

В данной работе Алькубьерре предложил математическую модель путешествий внутри "пузыря", вокруг которого пространство с одной стороны сжимается, а с противоположной - расширяется.


По его же собственным словам, идея пришла к нему при просмотре очередного фильма из серии "Звёздный путь" (Start Trek), в котором космические корабли используют подобную технологию. Кстати, название технологии (Warp Drive) так же взято им из этого сериала.

Будут ли у нас WARP-двигатели? Warp Drive, Космос, Быстро, Гифка, Длиннопост, Физика

Мигель Алькубьерре (2016 год)


Варп-двигатель, предложенный физиком, после данной публикации так же получил второе название "Двигатель Алькубьерре".


Теория относительности говорит нам, что для любого объекта с ненулевой массой в нормальном пространстве-времени движение быстрее скорости света невозможно.

Однако, само пространство-время не подвержено данному ограничению, и космический корабль, сжимающий пространство перед собой, и расширяющий его позади себя позволит ему перемещаться, в теории, с любой скоростью, в том числе и быстрее света.

Будут ли у нас WARP-двигатели? Warp Drive, Космос, Быстро, Гифка, Длиннопост, Физика

Космический корабль заключается в своеобразный "пузырь", при этом его локальная скорость относительно пространства-времени равна нулю. Впереди, по ходу движения корабля, пространство-время сжимается, увлекая данный пузырь в сторону сжатия, позади же, пространство опять расширяется, как бы толкая "пузырь" с кораблём дальше, по ходу движения.

Будут ли у нас WARP-двигатели? Warp Drive, Космос, Быстро, Гифка, Длиннопост, Физика

Работа Алькубьерре наделала много шума и породила множество надежд на продвижение человечества к звёздам, однако, в ней не всё так гладко, как хотелось бы.


Начать с того, что в своей первой статье он теоретизировал, что для создания подобного пузыря необходима экзотическая материя, а именно - материя с отрицательной массой, что бы это ни означало, либо отрицательная энергия (negative energy). Причём, энергии на создание подобного пузыря требовалось больше, чем доступно во всей вселенной. Именно посредством такой отрицательной энергии планировалось заставить пространство расширяться.


Этот факт заставил многих учёных усомниться в возможности создания подобного двигателя, считая формулы Алькубьерре всего лишь математическим трюком, позволившим на бумаге достичь нужного результата.


В частности, физик Шон Кэррол (Sean Carrol) писал:

Вкратце, это требует отрицательной плотности энергии... общее количество требуемой энергии должно быть сравнимо с астрофизическим объектом, а созданные в процессе гравитационные поля, скорее всего, разорвут любой корабль на куски. Моя личная оценка вероятности того, что мы когда-нибудь сможем сконструировать "варп-двигатель" меньше 1 процента. А шансы, что он может быть сконструирован в течение ближайших 100 лет менее 0,01%.

Будут ли у нас WARP-двигатели? Warp Drive, Космос, Быстро, Гифка, Длиннопост, Физика

Разумеется, физики кинулись в борьбу за варп-двигатель.

Так, первичные оценки энергозатрат на создание "пузыря" были оценены в массовый эквивалент -10^64 (минус десять в шестьдесят четвёртой степени) кг (это больше, чем масса наблюдаемой вселенной).

Позднее, в 1999 бельгийский физик Крис Ван ден Броек (Chris Van den Broeck) сумел уменьшить требуемый массовый эквивалент до трёх солнечных масс.

Ещё позже, пользуясь работами Ван ден Броека уже российский физик Сергей Красников сумел довести требуемое количество отрицательной массы до нескольких миллиграмм. Однако, требования по плотности энергии всё ещё были недостижимы.Уже в 2012, физик Гарольд Уайт (Harold White) со своими соавторами объявил, что изменение геометрии экзотической массы привело к снижению требований по массе и энергии до 700 кг или ниже. Кроме того, он объявил о намерении провести ряд маломасштабных экспериментов по созданию варп-полей.

Будут ли у нас WARP-двигатели? Warp Drive, Космос, Быстро, Гифка, Длиннопост, Физика

Однако, это не единственная сложность. В статье "Warp drive with zero expansion" физик Хосе Натарио (José Natário) так же указывает, что поскольку команда не сможет ни отправлять сигналы вперёд по ходу движения, ни принимать сигналов извне, у звездоплавателей возникнут трудности с управлением и остановкой корабля в пункте назначения.


Более поздние публикации Карлоса Барсело и Стефано Финаччи (Carlos Barceló, Stefano Finazzi) так же указывают на исключительно высокие температуры, которые будут порождены пузырём на сверхсветовой скорости. Данные температуры должны будут уничтожить или как минимум дестабилизировать пузырь. Возможно, говорят учёные, этих проблем удастся избежать, если пузырь будет двигаться с досветовой скоростью.


Ещё одна сложность, высказанная Брендэном Мак Монигалом, и Филиппом О'Байрном (Brendan McMonigal, Philip O'Byrne), связана с тем, что когда корабль с двигателем Алькубьерре остановится, частицы, захваченные пузырём по ходу движения будут высвобождены с колоссальной взрывной волной, схожей с ударной волной при прохождении самолётом звукового барьера, которая уничтожит всё, что находится перед кораблём.


Работа не стоит на месте. В том же 2012 NASA объявило о создании интерферометра, который призван фиксировать пространственно-временные искажения, вызванные расширением и сжатием метрики Алькубьере. Сам Мигель выразил скептицизм по поводу результатов, но исследования продолжаются.

Защита причинности и путешествия во времени

Будут ли у нас WARP-двигатели? Warp Drive, Космос, Быстро, Гифка, Длиннопост, Физика

Чем-то доктор Стрейдж похож на Мигеля.


Разумеется, при описании любой технологии сверхсветового перемещения нельзя забывать тот факт, что любая такая технология де-факто является ещё и машиной времени.

Расчёты проведённые Алленом Эвереттом показывают, что варп-пузыри способны создавать замкнутые времениподобные кривые, что означает возможность путешествия в прошлое. Этот факт вызывает в научном сообществе как самый большой скептицизм в отношении всей идеи целиком, так и самый большой энтузиазм. Ведь мало того, что с варп-двигателем мы могли бы летать быстрее света, но и так же путешествовать в прошлое!

На страже причинности и временных парадоксов стоит Гипотеза о защищённости хронологии, предсказывающая, что законы физики таковы, чтобы предотвратить любое макроскопическое путешествие во времени.


Вместо выводов:На текущиймомент вопрос о варп-двигателях начинается всё ещё со слова "если", а не со слова "когда". Идеи Мигеля Алькубьере развивают другие физики, ежегодно публикуются работы и проводятся эксперименты.
Пока что неизвестно, можно ли действительно построить варп-двигатель или это всего-лишь математический курьёз, покажет только время.

Показать полностью 7

Мюоны и теория относительности

Этот пост подготовлен по материалам Youtube канала minutephysics, который давно с увлечением смотрю.


Вольный перевод на русский язык мой. Картинки из видео. Ссылка на оригинальное видео внизу.


Каждую секунду огромное количество космических частиц (по большей части ядра атомов водорода и гелия) бомбардирует верхние слои атмосферы Земли.

Нам доподлинно неизвестно, откуда они прилетают, но мы знаем, что когда одно такое ядро врезается в молекулы азота или кислорода, из которых, в основном, состоит наша атмосфера, от удара разлетаются осколки – элементарные частицы- пионов, каонов, позитронов, электронов, нейтронов, нейтрино, гамма-излучение и мюоны.

Мюоны и теория относительности Наука, Научпоп, Познавательно, Длиннопост, Видео

Мы знаем это, потому что на поверхности Земли в лабораториях стоит много детекторов частиц, которые могут измерить направление движения частицы, а так же их энергию. Мы изучаем эти частицы, чтобы лучше понимать природу космических лучей.

Мюоны и теория относительности Наука, Научпоп, Познавательно, Длиннопост, Видео

В процессе наблюдений есть одна странность – детекторы фиксируют большое количество мюонов. А эта частица не живёт долго – её период полураспада всего 1,5 микросекунды (полторы миллионных секунды), а затем она спонтанно распадается на электрон или позитрон и нейтрино.

Мюоны и теория относительности Наука, Научпоп, Познавательно, Длиннопост, Видео

Это значит, что если у вас есть кучка мюонов, то через 1,5 микросекунды их останется лишь 50%, через 3 микросекунды – 25%, а через 10 микросекунд останется лишь 0,1% от общего количества мюонов. Да, они не долгожители. Средняя продолжительность их жизни 2,2 микросекунды.

Мюоны и теория относительности Наука, Научпоп, Познавательно, Длиннопост, Видео

Чтобы понять, насколько это мало, возьмём скорость света для сравнения – свет за одну секунду может пройти расстояние, равное семи земных экваторам, но за 2,2 микросекунды он пройдёт лишь 660 метров!

Мюоны и теория относительности Наука, Научпоп, Познавательно, Длиннопост, Видео

Это значит, что даже если мюоны летят практически со скоростью света, они не могут проникнуть в нашу атмосферу глубже, чем на 1-2 км, прежде чем большая часть их распадётся. Это много меньше, чем десятки километров, которые мюоны обычно проходят в плотных слоях атмосферы до поверхности Земли.

Мюоны и теория относительности Наука, Научпоп, Познавательно, Длиннопост, Видео

Тогда почему же наши детекторы их регистрируют? Как же объяснить этот парадокс?

Мюоны и теория относительности Наука, Научпоп, Познавательно, Длиннопост, Видео

Объяснение простое: релятивистское замедление времени. На скоростях, близких к скорости света, например при 99,5%, 2,2 микросекунды растянутся для мюонов почти в 10 раз, а этого уже достаточно, чтобы пролететь около 6 км. А если мюон имеет ещё большую энергию и летит со скоростью 99,995% скорости света, то, в среднем, мюон будет жить уже 220 микросекунд, что достаточно, чтобы покрыть уже 66 км.

Мюоны и теория относительности Наука, Научпоп, Познавательно, Длиннопост, Видео

Это с нашей точки зрения.


А что же с точки зрения мюона? Ведь с его точки зрения, это Земля и её атмосфера движется навстречу ему со скоростью 99,995% световой, но тогда и расстояние, которое ему предстоит преодолеть, буквально сократится в 100 раз, и 50 км превратится в 500 метров, преодолеть которые он вполне успеет за свою короткую жизнь.

Мюоны и теория относительности Наука, Научпоп, Познавательно, Длиннопост, Видео

Всё относительно:

Мюоны и теория относительности Наука, Научпоп, Познавательно, Длиннопост, Видео

Это одно из самых элегантных и наглядных экспериментальных подтверждений теории относительности А. Эйнштейна.

Мюоны и теория относительности Наука, Научпоп, Познавательно, Длиннопост, Видео

Оригинальное видео: The Muon Paradox (англ.)

Показать полностью 11 1

Немного осеннего Подмосковья

Просто красивая осень.

Немного осеннего Подмосковья Фотография, Осень, Длиннопост
Немного осеннего Подмосковья Фотография, Осень, Длиннопост
Немного осеннего Подмосковья Фотография, Осень, Длиннопост
Немного осеннего Подмосковья Фотография, Осень, Длиннопост
Немного осеннего Подмосковья Фотография, Осень, Длиннопост
Немного осеннего Подмосковья Фотография, Осень, Длиннопост
Немного осеннего Подмосковья Фотография, Осень, Длиннопост
Немного осеннего Подмосковья Фотография, Осень, Длиннопост
Немного осеннего Подмосковья Фотография, Осень, Длиннопост
Показать полностью 8

Это действительно раздражает

Это действительно раздражает

Помогите разобраться в объективах

Привет.  Обращаюсь к знающим фотографам. Сам я в фотографии полный чайник, всегда пользовался мыльницами или телефоном.

Но вот два года назад по одному печальному поводу мне в наследство досталась зеркалка с 2 объективами. 

Некоторое время снимал на full auto, но вот захотелось разобраться получше.

У меня есть 2 объектива, кроме разной степени увеличения, разницы особой не вижу.

Какой объектив для чего лучше использовать,  просветите пожалуйста.

Помогите разобраться в объективах Фотоаппарат, Фототехника, Объектив, Начинающий фотограф
Показать полностью 1
Отличная работа, все прочитано!