Сфера Дайсона — для чего это нужно? Часть III: Применение Кольца Дайсона и отдельных элементов

в 0:38, , рубрики: астрономия, Кольцо Дайсона, космонавтика, минизонд, Научно-популярное, проект DEEP-IN, рой Дайсона, фотонная тяга, элемент

Рассмотрев в первой части статьи историю идеи о сфере Дайсона и определив самый простой и практичный вариант её конструкции в виде нежесткого Кольца Дайсона, я посвятил вторую части статьи подробному разбору конструкции такого Кольца из отдельных (умеренно гигантских) автономных элементов. Там же была подробно описана конструкция довольно примитивного автономного элемента Кольца, рассчитан его примерный вес и параметры всего Кольца для двух радиусов.

image

Теперь можно переходить к сути: Для чего можно применять такое нежесткое Кольцо из отдельных автономных элементов?

Во-первых, как уже было описано выше, каждый шестиугольный (или восьмиугольный) элемент Кольца с герметичным центральным модулем является сам по себе базой по получению энергии + либо автономной колонией для обитания нескольких сотен или тысяч человек (с производством еды), воплощающий мечты Циолковского об «эфирных городах», либо заводом по обработке минеральных ресурсов (энергоемкое производство материалов) и/или станцией по выработке топлива (в виде пары кислород/водород, плюс другие газы для разных двигателей, возможно и обогащение изотопов для ядерных и термоядерных реакций).
Во-вторых, каждый элемент Кольца может изменять наклон своего зеркала к направлению на Солнце и перенаправлять свой «зайчик» отражённого солнечного света туда, куда нужно: на другие элементы, на Землю, на космический аппарат или на астероид, который нужно осветить, подогреть, испарить, разработать. Это и энергия, и оружие, и сигнал – любое из списка. Нечто похожее показано в начале (с 10 по 50 секунды) этого ролика
В-третьих, добываемая на элементе энергия может быть перенаправлена с элемента: по кабелям — на соседние элементы кольца, по лазерным или ВЧ-радиолучам на приемные станции в пределах кольца, либо на астероиды или на космические аппараты (в крайнем случае и прямо на спутники и планеты).
В-четвертых, все описанные выше усовершенствования, а также недоступные пока даже нашему воображению проекты модернизации Кольца, будут осуществляться на основе первоначального Кольца, с использованием его возможностей и материалов, и с учетом бесценного опыта его строительства.

Примеры применения отдельных элементов

1. Нужно испарить или сдвинуть с орбиты спутник или астероид (комету)? В нужную точку доставляют один или несколько элементов Кольца, которые своими «зайчиками» отраженного света (и с добавлением другого излучения) долго и упорно нагревают данный объект.

Часто звучат такие возражения: создание огромного роя из элементов это якобы распыление и разбазаривание ресурсов Солнечной системы. Но кроме рабочего тела, затраченного на доставку недостроенного элемента и запасов на стабильную орбиту, ничто из системы не исчезает и не пропадает. Все элементы при желании можно переделать во что-то другое, построить на их базе что-то новое и совершенное. Это же легче чем добывать материал с нуля. Три следующих примера об этом:
2. Нужно подать сигнал на световые года к другой системе? Или получить слабый сигнал издалека? Тут пригодятся элементы Кольца: каждый элемент уже сам по себе антенна, можно собрать в параболическую или сферическую антенну несколько элементов Кольца, развернуть в нужном направлении и добавить в фокус излучающее/принимающее устройство.
3. Нужно собрать огромный корабль-ковчег, чтобы за сотни лет достичь (на скорости гораздо медленнее скорости света) соседней звезды? Элементы Кольца легче разобрать и переработать на месте в корабль, нежели строить корабль с нуля.
4. Нужно собрать огромный корабль с солнечным парусом? Можно взять один или несколько элементов Кольца и соорудить из них что-нибудь типа медленного корабля, летающего на солнечном ветре, вдобавок к импульсу других двигателей.

5. Нужно разогнать такой или иной корабль поменьше, используя внешний источник энергии? Это можно сделать, направив лазерные или другие лучи (световые, ВЧ радио) с элементов Кольца на приемную антенну корабля (принятая там энергия затем будет направленна на ионные/плазменные или другие двигатели), или на отражающее зеркало (фотонная ракета) — фотонная тяга.

Ускорение зонда лазерным лучом
Последний термин совсем недавно громко прозвучал как вполне осуществимая в ближайшие 30-50 лет идея проекта DEEP-IN (Directed Energy Propulsion for Interstellar Exploration), продвигаемая Юрием Мильнером, Стивеном Хоукингом и Филипом Любиным ещё с 2014 года (https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1604/1604.01356.pdf). Кстати, похожую идею высказывал ещё в 1984 году некто Форвард (сейчас его конструкции называют традиционными схемами солнечных парусников Мэтлоффа и Форварда). Новая идея об ускорении именно сверхмалых (весом в граммы) межзвездный зондов с тонкими и небольшими (около 1м в диаметре) световыми парусами сверхмощными наземными и орбитальными (расположенными в космосе) массивами лазеров вызвала большой резонанс и нешуточные дискуссии. В принципе, при разрешении многих технических проблем, главная из которых лазерная абляция материала паруса, такая система может запульнуть в межзвездное пространство минизонд со скоростями конечно не 20%, но хотя бы около 5% скорости света. Есть несколько огромных НО (почти сразу озвученных критиками, например коротко и по делу вот здесь http://trv-science.ru/2016/04/19/dvojka-po-fizike/ — продолжение: http://trv-science.ru/2016/05/17/pod-zvezdnym-parusom-k-alpha-centauri/ ). Так, в проекте DEEP-IN указано, что массивы лазеров для такого ускорения могут быть расположены на околоземных орбитах (чтобы избежать поглощение лазера атмосферой, самофокусировки луча) или даже на Земле (в презентационном ролике). И якобы оттуда они раз и навсегда быстро разгонят зонд до нужной скорости.
Проблема в том, что нельзя разгонять такой минизонд с маленьким парусом слишком быстро — ускорение его сломает, нельзя и освещать слишком мощным пучком лазера тонкий парус — нагрев расплавит парус или продерёт его насквозь в ходе абляции материала от излучения. Разгонять зонд нужно медленно и не слишком мощным лазером.
Однако, при медленном разгоне зонда возникает другая серьезная проблема с лазерным лучом: так как у любого лазера есть дивергенция (расходимость) луча, то пучок расходится с расстоянием. Угол расхождения луча обычно равен: θ = 1.22λ /d, где λ — длина волны, d — диаметр луча (диаметр выпускного отверстия лазера). Расхождение для лучших лазеров это примерно 1 угловая минута. Это означает, что изначально метровый в диаметре луч лазера на Луне уже будет диаметром около 2 км, а за орбитой Марса это уже сотни километров! ( подробнее здесь ). Подсветка паруса минизонда на таких расстояниях таким слабым, рассеянным лучом будет почти бесполезной для его ускорения — медленное ускорение оборвётся за орбитой Луны.
image
Но можно разгонять минизонд сначала массивом лазеров с земной орбиты, потом другим массивом у Луны, потом третьим ещё подальше … и т. д.
И элементы Кольца (оставаясь на своих орбитах) могут производить энергию для таких массивов лазеров, или быть платформой для установки таких лазеров. Для этого их надо выставить на различных орбитах вокруг Земли, в точках Лагранжа, на орбитах вокруг Солнца, с радиусом чуть больше 1 а.е.
Элементы Кольца можно заранее отправить к точкам (например, обычными двигателями или с помощью солнечного ветра и с помощью подсветки от других элементов Кольца) вдоль будущей траектории полета такого зонда от орбиты Земли и даже на самые окраины Солнечной системы. Там, с накопленной в аккумуляторах и/или в топливе энергией, элементы Кольца будут ждать момента пролета мимо них мини-зонда и подсвечивать его сзади умеренно мощными лазерными лучами в пределах своей части траектории (0.3-0.5 млн км длиной), затем передавая зонд следующим элементам:

image

При этом они по очереди выдают энергию лучом на минизонд, ускоряя его в пределах дальности своего луча, передавая друг другу разгоняющийся корабль как бы по эстафете.

Или чуть более продвинутый вариант: не используя запасы энергии в аккумуляторах, а просто пересылая свет/энергию по цепочке от одного элемента к другому, так чтобы текущий активный элемент, последним приняв эту энергию, наводил её на разгоняемый за пределы нашей системы минизонд:
image

Кстати элементы Кольца могут разгонять не только такие минизонды для полетов вне системы. Прямо со своего места в Кольце элемент может ускорять и тормозить внутрисистемные грузовые корабли с солнечными парусами при доставке грузов с и на элементы Кольца (конечно речь тут не идет о больших скоростях). С этого можно начать освоение фотонной тяги, совершенствуя технику и методы для медленного разгона и торможения кораблей внутри Солнечной системы. В этой работе авторы (включая Филипа Люблина) подробно обсуждают и такие внутрисистемные полеты с торможением после разворота корабля парусом-зеркалом вперед (метод пинг-понга).

image

Проблема с обнаружением Кольца извне

Момент, связанный с посылкой сигналов вовне (пример 2. выше), возникает ещё на стадии сборки такого Кольца. Хотят того или нет создатели Кольца, но если элементы Кольца объединяются в сегменты с характерными размерами около 1 млн. км (диаметр Юпитера — самой большой планеты Солнечной системы – составляет около 0.14 млн. км, что в 7 раз меньше), то любой внешний наблюдатель, находящийся примерно в плоскости Кольца, начинает регистрировать (независимо от желания создателей Кольца) странные, невиданные ранее, периодические затмения центрального светила неким объектом, который по линейным размерам заведомо превышает размеры планет-гигантов. А наблюдатель (таких в Галактике куда больше) не в плоскости Кольца скорее всего ничего и не заметит. Это важный момент: шансов оказаться с нужного направления от такой звезды у случайного наблюдателя не так много.
Если в данной системе, на данных расстояниях от светила (с данными периодами) не обнаружено доступными астрономическими методами никаких гигантских небесных тел типа красных или коричневых карликов, черных дыр, холодных (не излучающих инфракрасный фон) тонких пылегазовых протопланетных облаков (о чем писали тут), то это уже серьезный повод наблюдателю задуматься об искусственных причинах такого явления.

Как это и случилось с астрономами Земли, которые недавно с помощью космического телескопа «Кеплер» заметили периодические (раз в 740-750 суток) и короткие (примерно на сутки) сокращения светимости на 10-22% исключительно стабильной звезды (обычного спектрального типа F3 V/IV) под номером KIC 8462852 ( https://geektimes.ru/post/267022/ ). Она же звезда Табби, вокруг которой (по данным наблюдений) нет других звезд-спутников (красных карликов), нет повышенного инфракрасного или ультрафиолетового излучения, а значит скорее всего нет ни планетной туманности, ни астероидных поясов, ни близких к звезде спутников типа коричневых карликов – проще говоря, нет никаких естественных астрономических причин, которые могли бы объяснить такие огромные по площади затмения центрального светила. Оставались версии с кометами, точнее экзо-кометами ( https://geektimes.ru/post/266408/ ), поясом астероидов или недавним столкновением тамошних экзопланет.
Надо отметить, что период затмений в 750 суток мало соответствует характерным для нашей системы периодам обращения комет (не говоря уже о том, что пролет комет около такой массивной звезды как Солнце часто приводит к полному или частичному распаду комет или к сильному изменению их орбит). Сложно представить такой огромный (перекрывающий 1/5 диска светила) и компактный (перекрывающий всего на сутки или пару суток) рой комет, который своими ядрами или хвостами умудряется закрыть от нас аж 22% света той звезды с таким странным периодом в 750 суток. Это обсуждалось здесь.
Потом добавилась версия (пока не отброшенная) с особым ракурсом наблюдения нами планетарного диска (облака) с холодными сплошными внешними слоями, расположенными далеко вокруг этой звезды и блокирующими инфракрасное излучение внутренних слоев ( https://geektimes.ru/post/280062/ ). Этот, так сказать, естественный аналог рукотворного Кольца, описанного выше, иногда затмевает звезду на 15-20%. Допустим это так, такое вполне может быть. Но вот только как этот очевидно очень тонкий (но не разрывный) диск умудряется так затмевать не маленькую звезду всего на сутки?
Требуется уточнение астрономов, но вроде период в 750 суток примерно соответствует параметрам орбиты в зоне обитаемости или снаружи зоны обитаемости для данной звезды (она примерно в 1.5 крупнее Солнца, её светимость в 4.7 раза больше солнечной, поэтому период должен быть явно больше 400-500 дней). Астрономам при следующем затмении (в 2017) было бы полезно вычислить по точному графику падения и роста светимости звезды Табби форму затмевающих его объектов, тем более что такая методика есть: ( http://arxiv.org/abs/astro-ph/0503580 ). Есть и методики определения угла/направления пересечения диска звезды объектом типа планеты:
image
Если форма этих объектов окажется не округлой, а к примеру квадратной или треугольной, то это уже явное указание на искуственное происхождение затмевающих объектов.
Кстати, «мелкая рябь» затмений звезды Табби в принципе подходит под эффект от заслоняющих свет этой звезды недостроенных элементов роя, а крупные затмения раз в 750 суток могут быть вызваны уже достроенными до гигантских размеров супер-элементами роя (или объединением многих малых элементов).
image

Выводы:
Приведенные выше в данной статье доводы говорят о том, что любая продвинутая цивилизация технического типа, с желанием и волей расширять свое присутствие в космосе, используя космические ресурсы, скорее всего будет строить некоторое подобие несплошной сферы Дайсона I типа (в виде Роя Дайсона), применяя его не сколько для увеличения мест, пригодных для проживания (хотя на таких элементах можно как-то жить), сколько для двух основных целей:
1. контроля освещенности (а следовательно и климата) своей родной планеты, а также других осваиваемых планет, астероидов;
2. получения из света своей звезды колоссальной энергии, использования её на месте или с пересылкой по всей своей системе.
Помимо этого такая цивилизация получит и два-три других приятных бонуса:
3. вырабатываемая энергия и отраженный свет звезды могут быть использованы как оружие и как способ увода с орбит комет и астероидов;
4. элементы Кольца могут применяться для подачи сигналов вовне системы;
5. вырабатываемая энергия может использоваться для питания лазеров разгона и торможения кораблей с фотонными парусами внутри своей системы, что ведет к освоению техники запуска межзвездных нано и мини-зондов методом последовательного разгона зонда с передачей «по эстафете» между заранее выставленными по трассе разгона элементами Кольца с лазерами;
6. завершенные и строящиеся элементы Кольца можно переделать в другие нужные для освоения космоса объекты и устройства.

image

Надеюсь, что приведённые выше доводы за строительство отнюдь не сферы Дайсона, а скорее Роя в виде Кольца Дайсона были достаточно убедительными. Хочется верить, что при развитии реального освоения (а не изучения, как сейчас говорят) нашей Солнечной системы когда-нибудь эти или подобные доводы убедят наших потомков построить именно такой вариант сферы Дайсона в виде нежесткого Кольца. Уверен, что более продвинутые цивилизации в нашей Галактике уже были убеждены подобными доводами много тысячелетий назад и сейчас просто заняты делом, которое у них растянулось на много тысячелетий, к чему они несомненно были готовы с самого начала строительства.

Автор: Pavel-Well

Источник

Поделиться новостью

* - обязательные к заполнению поля