Кто про что, а я опять про фотонные двигатели

[apximhd]

Сегодня я расскажу, как собрать у себя дома действующую модель фотонного двигателя.
Для его питания нам понадобятся щелочные батарейки Panasonic Essential Power AA/LR6, которые имеют вес 22 грамма при ёмкости 3000 мА·ч. В качестве источника света возьмём светодиод Luminus CSM-360 со светоотдачей более 100 лм/Вт. Для солнечной поверхности светоотдача составляет 93 лм/Вт, то есть, можно считать, что этот светодиод отдаёт в свет практически всю потребляемую электрическую мощность. Рабочий ток этого светодиода составляет 3,2 А при напряжении 12 В. Таким образом, отдаваемая в излучение мощность составляет чуть менее 40 Вт. Вес светодиода — около 20 г.
Для его питания нам понадобится 8 батареек AA, суммарной ёмкости которых хватит на один час питания светодиода.
Масса получившегося прототипа фотонного двигателя составит 196 грамм. Добавим 4 грамма на провода и получим для ровного счёта 200 грамм.
Теперь подсчитаем, какую скорость придаст этой конструкции сила отдачи излучаемого им света за час работы.
Его световой поток создаёт силу отдачи, равную:
F = W/c = 40/299792458 = 1.33·10^-7 Н.
Эта сила придаст всей конструкции ускорение:
a = F/m = 1.33·10^-7/0.2 = 6.67·10^-6 м/с².
За час это ускорение сообщит прибору скорость:
v = a·t = 6.67·10^-6·3600 = 0.0024 м/c = 2.4 мм/c.
Итак, до двух с половиной миллиметров в секунду разгоняется фотонный двигатель, собранный за пять минут в домашних условиях. На мой взгляд, весьма показательный пример того, что не следует недооценивать перспектив постройки настоящего фотонного двигателя уже на сегодняшнем технологическом уровне.

Comments

[vitus_wagner]

А что, у этого светодиода и правда такая узкая диаграмма направленности, что весь свет излучается в одном направлении? Или всё же свет будет излучаться примерно в 180° секторе, что существенно ухудшит характеристики двигателя?

[apximhd]

У «голого» светодиода лепесток диаграммы направленности имеет раскрытие около 1,5 стер. Это, разумеется, ухудшит характеристики двигателя, но несущественно. Вместо 2,5 мм/с мы получим в худшем случае 1,75 мм/с. Но никто не мешает нам усовершенствовать излучатель, добавив лёгкий рефлектор из фольги, который увеличит вес конструкции на пару грамм.

[apximhd]

Задача этого поста — продемонстрировать тот факт, что эффект световой отдачи вовсе не так мал, как это может показаться на первый взгляд. Даже для мощного фонарика этот эффект имеет уже вполне макроскопическое проявление. Конечно, строить фотонные звездолёты на батарейках — неправильное технологическое решение. Эффективность фотонного двигателя напрямую связано с тем, какую часть массы рабочего тела мы способны перевести в излучение. В идеале хотелось бы всю, но такую возможность нам даёт только реакция аннигиляции, реализация которой упирается в проблему производства антивещества в промышленных масштабах.
С другой стороны, в теории существует такая гипотетическая частица как монополь 'т Хоофта — Полякова. Замечательной особенностью этого монополя является способность индуцировать распад протона по схеме M + p = M + e⁺ + π⁰. Позитрон затем аннигилирует с электроном атома водорода, а нейтральный пион распадается на два гамма-кванта. Сам монополь при этом не расходуется.
Таким образом, найдя необходимое количество монополей 'т Хоофта-Полякова, мы могли бы построить аннигиляционный фотонный двигатель, топливом для которого служил бы обычный водород.
Возможно, именно такой звездолёт наблюдали в марте этого года спутники SOHO в процессе его заправки водородом у нашего Солнца: http://youtu.be/aTbksd5-Rdg