8. Повреждение сетки
Т. Д. Каункл (T. D. Kunkle), чьи критические замечания очень улучшили эту работу, обеспокоился вопросом о повреждении сетки зеркала в результате столкновения с межзвездными микрометеоритами. Это, конечно, беспокоило бы нас только в течении года на трассе разгона корабля. Мы ограничимся оценкой угрозы, принимая, что все тяжелые элементы в нашей межзвездной среде сосредоточены в виде микронного размера частичек. Если мы возьмем в качестве верхнего предела 10 атомов водорода на кубический сантиметр, как среднюю плотность, и долю тяжелых элементов в ней как 0.04, то плотность микрометеоритов (N) будет приблизительно 2 x 10-13 см-3. Если мы рассмотрим каждый фрагмент провода (длиной 0.3 см и толщиной 3 x 10-4 см) независимо, вероятность его разрыва в процессе всей стадии разгона будет Nwd где w - площадь проекции провода (9 x 10-5 см2), а d - дистанция разгона (4.5 x 1014 см), мы получим вероятность разрыва меньше 1%, а возможно и много меньше. Потеря 1% от общего числа ячеек сетки-зеркала кажется вполне приемлемой, хотя потребуется более тщательный анализ, если начнется и более детальная инженерная проработка проекта (см. примечание 4).
БЛАГОДАРНОСТИ
Эта идея обязана возникновением Фримену Дайсону. Роберт Форвард привлек мое внимание к красивой идее Дайсона и снабдил меня копией своей книги с детальным анализом этой концепции. Его помощь неоценима. Так же следует отметить, что эта работа получила поддержку Национальной лаборатории в Лос-Аламос, которая выполнялась Калифорнийским университетом по контракту с министерством Энергетики США. These ideas owe their existence to Freeman Dyson. Robert Forward brought Dyson's beautiful idea to my attention and supplied a copy of his book detailed analysis of Dyson's concept. My debt to both is great. This work has been supported by the Los Alamos National Laboratory which is operated by the University of California under contract to the US Department of Energy.
REFERENCES
1. F. Dyson, unpublished notes (1983).
2. R. L. Forward, "Starwisp," Hughes Research Laboratories Report 555 (1983).
3. J. V. Milewski, F. D. Gac, J. I. Pretrovic, "Production and Characterization of Beta-Silicon Carbide and Alpha-Silicon Nitride Whiskers for Ceramic Matrix Composites," Los Alamos National Laboratory report LA-9650-MS (1983).
4. G. L. Matloff and E. S. Mallove, "Solar Sail Starships: The Clipper Ships of the Galaxy," JBIS, 34, 371-380 (1981).
5. B. R. Finney and E. M. Jones, "From Africa to the Stars: The Evolution of the Explosive Animal," Space Manufacturing 1983, Univelt, San Diego (1983), 85-104.
6. J. B. Birdsell, "Some Population Problems Involving Pleistocene Man." Cold Spring Harbor Symposia Quart. Biol., 22, 47-69 (1957).
7. J. B. Birdsell, "Biological Dimensions in Small, Human Founding Populations," in Interstellar Migration and the Human Experience, (B. R. Finney and E. M. Jones, Eds.), University of California Press (1985).
8. B. R. Finney, "Voyagers into Ocean Space," in Interstellar Migration and the Human Experience, (B. R. Finney and E. M. Jones, Eds.), University of California Press (1985).
9. R. B. Lee, "Models of Human Colonization: San, Greeks and Vikings," in Interstellar Migration and the Human Experience, B. R. Finney and E. M. Jones, Eds.), University of California Press (1985).
10. G. L. Matloff, "Cosmic-Ray Shielding for Manned Inter stellar Arks and Mobile Habitats," JBIS, 30, 96-98 (1977).
11. R. D. Johnson and C. Holbrow (eds.), "Space Settlements: A Design Study," NASA SP-413 (1977).
12. E. C. Hannah, "Meteoroid and Cosmic Ray Protection," in Space Manufacturing Facilities (J. Grey ed.), AIAA, pp. 151-158 (1977).
13. P. Birch, "Radiation Shields for Ships and Settlements," JBIS, 35, 515-519 (1982).
14. A. C. Clarke, "Ages of Plenty," in Profiles of the Future, Fawcett, New York, 158-172 (1973).
15. P. W. Glaser, "Solar Power Satellites," Space Industrialization, CRC Press, Boca Raton, Vol. 1. 39-76 (1982).
16. G. K. O'Neill, "The Colonization of Space," Physics Today, 27, No. 9, 32-40 (1974).
17. L. O. Snively and G. K. O'Neill, "Mass Driver III: Construction, Testing, and Comparison with Computer Simulation," in Space Manufacturing 1983. Univelt, San Diego (1983) 391-402.
18. L. R. McCreight, H. M. Rauch, Sr. and W. H. Sutton, Ceramic and Graphite Fibers and Whiskers, Academic Press, New York (1965), p. 56.
перевод Александра Семенова.
Примечание переводчика:
Примечание 1. Это справедливо, если под площадью считать только внешнюю стенку тора. Но, судя по габаритам жилого отсека, он наверняка будет разделен во многих местах на много палуб и реальная "жилплощадь" окажется куда больше.
Примечание 2. Вообще говоря, формула для мощности
,
при этом под загадочным коэффициентом k очевидно следовало бы понимать коэффициент отражения сетки-паруса, что для 0.7 очень похоже на правду (а вот 0.35 - нет). Куда делся коэффициент 2 остается непонятным. Но как бы то ни было - это не принципиальное отклонение для расчета "самого худшего случая".
Примечание 3. Даже при указанном значении S0=2/3 в указанную общую массу корабля в 2.8 x 109 кг Джонс все равно со стропами не "влезает". Очевидно, замечание про прогресс в области материалов должен смягчить ситуацию. Надо отметить, что некоторый прогресс действительно есть и позволяет надеяться.
Примечание 4. К сожалению, рассчитывая в пункте 8 вероятность повреждение сетки микрометеоритами, Джонс допустил ошибку. Расстояние, просеваемое парусом за время разгона не 4.5 x 1014 сантиметров, а метров, то есть 4.5 x 1016 см (пересчитайте для 3000 AU).
А это значит, что его "меньше процента" вырастает до 81%. Так как каждый разорванный провод выводит из строя сразу две смежных ячейки сетки, это означает, что, еще не достигнув и половины дистанции, парус прекратит свое существование (для этого достаточно порвать половину проводков). Если оценка плотности микрочастиц принятая Джонсом верна, то лучший выход - сокращать дистанцию разгона в 10-100 раз, а это значит во столько же раз увеличивать ускорение (1-10g) и мощность излучателя (которая и так огромна). Сам по себе микроволновый парус позволяет и больше ускорения, но в данном случае такое решение может оказаться не приемлемым по ряду причин. Спасти "Дайсоншип" может в 10-100 раз меньшая реальная плотность микрометеоритов от той, что "с запасом" взята Джонсом при расчете (2 x 10-13 см-3). В противном случае останется только перед стартом (или в процессе его) каким-то образом "подметать" трассу запуска.
Бонус от переводчика
Возможный вид "корабля Дайсона" ("Дайсоншип") опираясь на оценочные расчеты Эрика Джонса. Чтобы соотнести его размеры с фигурой человека пришлось показать кабину в шахте лифта, а в ней - фигуру (кабина увеличена и вынесена в сторону). Так как разгон будет осуществляться с ускорением 0.1g, это означает, что "бублик" во время разгона вращаться не будет, а его боковая стенка в течение года будет служить обитателям полом. Подобное неудобство случится опять спустя десятилетия при торможении, но с другой стенкой тора.
Топливный бак имеет такую вытянутую форму (компановка "межзвездный паровоз") из-за необходимости спрятать всю полезную нагрузку за лобовой щит. Размеры же "бака" диктуются предположением, что термоядерным топливом для торможения служит дейтерий. 3/4 массы корабля - айсберг дейтериевого льда, который в процессе полета будет выполнять роль дополнительной радиационной защиты. Гипотетический термоядерный двигатель впереди усилен кольцами тепло-радиационного щита, который даже в процессе инерционного полета на десятой от света будет разогреваться набегающим потоком частиц межзвездного водорода (по некоторым оценкам 500 - 9000C). Поэтому для их охлаждения используются дополнительные радиаторы.
По выполняемой судном задаче - это звездолет класса "корабль поколений". Но высокая скорость полета в десятую света, заставляет отнести его к быстрым исследователям, что позволяет выделить проект Эрика Джонса в отдельный класс: "колонизатор". Корабль для быстрой ("агрессивной", с привлечением колоссальных энергетических ресурсов) колонизации ближайших звездных систем. Его задача - быстро, в течение жизни одного поколения, доставить хорошо оснащенную команду колонистов в новый "звездный оазис" и обеспечить основание там новой цивилизации.
Судно впечатляет как массой в миллионы тонн, так и габаритами. Однако и эта колоссальная конструкция - всего лишь последняя ступень всей системы. Махина "Дайсоншипа" просто теряется на фоне гигантского разгонного паруса-сетки в пол диаметра Земли.
Но самая впечатляющая часть проекта - станция Кларка на расстоянии 20 диаметров Солнца от светила. Размер коллектора у этого энергетического гиганта чуть больше чем парус колонизатора, но масса - минимум сто миллионов тонн. Это искусственная мини-планета, которая собирает и преобразовывает плотный поток энергии от естественно термоядерного реактора - нашей звезды - и в состоянии запускать из Солнечной системы по одному такому кораблю-колонизатору в год.
В процессе перевода проводился проверочный расчет. Вы можете ознакомиться с ним здесь (excel-файл).