Лазерное оружие?

[kraz]

Добрый день всем!

У меня возникло несколько вопросов по лазерному оружию - а точнее, правильно ли его изображают в книжках и кино?
Один из вопросов - об отдаче лазерного оружия.
Отдача должны быть несомненно, но как ее оценить?
В интернете я ответа не нашел..

Итак, смотрим всяки-разны фантастическо-голливудские фильмы, там персонажи бегают с лазерными винтовками.
Возьмем энергию выстрела этой винтовки в 3 кДж - чтобы хотя как у неплохой охотничей винтовки, хотя мосты она резать не будет.
Длительность выстрела - 0.2 сек (как в кино).
Длина волны света - 700 нм (любят на голливудщине красным лучом пулять).
Вес лазерной винтовки - 3 кг.
Размер сечения луча - кружок 3 мм диаметром.
Выстрел производится в обыкновенной земной атмосфере.
Вопросы снабжения энергией такой штуки пока оставим за кадром 

Тут на чем я застрял:
Я знаю, что энергия одного фотона (в данном случае красного) будет 2,61*10–19 Дж
Отсюда можно вычислить требуемое количество фотонов и какой импульс получит мишень (кстати, надо бы посчитать насколько должна быть легкой мишень, чтобы ее хоть слегка отбросило таким лучем).
Но формулы, которая внятно связывает количество фотонов с давлением света я не обнаружил. А чтобы полезть в Ландау-Лифшица я пока недозрел (сильно давно заканчивал институт).

И еще я плохо представляю, как это связать с отдачей?
Тут работает закон сохранения импульса или уже пошли релятивистские эффекты, свет все-таки? Может ли атмосфера сразу за срезом ствола влиять на отдачу? Вроде для 700 нм в земной атмосфере "окно" и оно мало поглощается, но все же?
Или вообще в случае с лучем - может это не эти механические джоули, а такие джоули, как при измерении в электрических цепях (1 ампер * 1 Ом * 1 секунду)?

В общем - будет ли отдача заметна при таких условиях?
И как будет себя вести пушка с энергией порядка 8-16 мДж (то есть с энергией такой себе средней гаубицы)?

[Дмитрий Мотовилов]

Добрый день всем!

У меня возникло несколько вопросов по лазерному оружию - а точнее, правильно ли его изображают в книжках и кино?
Один из вопросов - об отдаче лазерного оружия.
Отдача должны быть несомненно, но как ее оценить?
В интернете я ответа не нашел..

Итак, смотрим всяки-разны фантастическо-голливудские фильмы, там персонажи бегают с лазерными винтовками.
Возьмем энергию выстрела этой винтовки в 3 кДж - чтобы хотя как у неплохой охотничей винтовки, хотя мосты она резать не будет.
Длительность выстрела - 0.2 сек (как в кино).
Длина волны света - 700 нм (любят на голливудщине красным лучом пулять).
Вес лазерной винтовки - 3 кг.
Размер сечения луча - кружок 3 мм диаметром.
Выстрел производится в обыкновенной земной атмосфере.
Вопросы снабжения энергией такой штуки пока оставим за кадром 

Тут на чем я застрял:
Я знаю, что энергия одного фотона (в данном случае красного) будет 2,61*10–19 Дж
Отсюда можно вычислить требуемое количество фотонов и какой импульс получит мишень (кстати, надо бы посчитать насколько должна быть легкой мишень, чтобы ее хоть слегка отбросило таким лучем).
Но формулы, которая внятно связывает количество фотонов с давлением света я не обнаружил. А чтобы полезть в Ландау-Лифшица я пока недозрел (сильно давно заканчивал институт).

И еще я плохо представляю, как это связать с отдачей?
Тут работает закон сохранения импульса или уже пошли релятивистские эффекты, свет все-таки? Может ли атмосфера сразу за срезом ствола влиять на отдачу? Вроде для 700 нм в земной атмосфере "окно" и оно мало поглощается, но все же?
Или вообще в случае с лучем - может это не эти механические джоули, а такие джоули, как при измерении в электрических цепях (1 ампер * 1 Ом * 1 секунду)?

В общем - будет ли отдача заметна при таких условиях?
И как будет себя вести пушка с энергией порядка 8-16 мДж (то есть с энергией такой себе средней гаубицы)?

Не парься, пацан, нет там никакой отдачи.

[Alexpo]

Возьмите импульс фотона p = hv/c (h пост. Планка, v- частота) и по закону сохранения импульса подсчитайте.

[kraz]

Не парься, пацан, нет там никакой отдачи.

Спасибо, мысленные эксперименты не нужны, я лучше посчитаю.

Возьмите импульс фотона p = hv/c (h пост. Планка, v- частота) и по закону сохранения импульса подсчитайте.

О, спасибо!
У меня для 3 кДж получилось что-то порядка 3е -15 (если я со степенями не напартачил)
Отсюда вывод - у Лукаса лазерные орудия на X-fighterе не будут так от отдачи скакать.

НО заинтересовало другое - а сколько энергии надо для работы фотонного звездолета, чтобы хотя бы до 0.5с его разогнать?
Боюсь, что масса топлива к общей массе будет примерно как и у современных ракет, только топливо это будет - материя+антиматерия. Где-нибудь такие расчеты есть?

[CASTRO]

"Боюсь, что масса топлива к общей массе будет примерно как и у современных ракет, только топливо это будет - материя+антиматерия."

Сивухин, 1й том

[kraz]

Сивухин, 1й том

А можно чуть точнее?
Я тут посмотрел в инете - не нашел ничего в электронном виде, может где ссылочка есть?...

[CASTRO]

http://lkst.pnpi.nw.ru/public/doc/index.php?fotofo=/Physics/Sivuhin&PHPSESSID=34164e6b93912b7bda5193a87bf88230

Там где формула Циолковского обсуждается, есть и про ее релятивистский аналог

[zhvictorm]

...........
Но формулы, которая внятно связывает количество фотонов с давлением света я не обнаружил. А чтобы полезть в Ландау-Лифшица я пока недозрел (сильно давно заканчивал институт).
.............

Добавлю!  Давление вычисляется так:  p = \epsilon/3 = N h \omega/(6 \Pi)/ (1 площади в единицу времени).

[zhvictorm]

http://lkst.pnpi.nw.ru/public/doc/index.php?fotofo=/Physics/Sivuhin&PHPSESSID=34164e6b93912b7bda5193a87bf88230

Там где формула Циолковского обсуждается, есть и про ее релятивистский аналог

Кроме формулы Циолковского еще кое-что надо. Надо еще обеспечить подходящую тягу двигателя. 
А это для фотонных ракет выливается в отражатели диаметров в километры.

[CASTRO]

Он как оптимист возьмет значение из формулы Циолковского как нидний предел )

[kraz]

http://lkst.pnpi.nw.ru/public/doc/index.php?fotofo=/Physics/Sivuhin&PHPSESSID=34164e6b93912b7bda5193a87bf88230

Там где формула Циолковского обсуждается, есть и про ее релятивистский аналог

Не пускает меня в библиотеку, хотя подборка интересная там.
Там достаточно написать веб-мастеру (как указано) или они людей с улицы посылают?

[CASTRO]

да вроде без проблем всех пускают. Попробуйте тут

http://www.twirpx.com/file/3062/

[kraz]

да вроде без проблем всех пускают. Попробуйте тут

http://www.twirpx.com/file/3062/

О, тут позволило зарегистрироваться и скачать!

Но конкретных рассчетов я не нашел, просто сказано "на этот вопрос отвечать преждевременно".
А в формулы, там приведеные (релятивистские тоже), входит масса истекающих газов.
Причем не в чистом виде входит - а как уменьшение массы ракеты. То есть фотон с одной стороны ничего не весит - а с другой масса ведь должна расходоваться, превращаясь в энергию по Эйнштейну (ну, возьмем идеальный случай - у нас антивещество и оно ВСЕ аннигилирует и при этом излучает в одну сторону, толкая ракету).

Ну неужели нету нигде готового рассчета? Там же наверняка куча "НО" возникает...

[CASTRO]

так антивещество-то весит...

[kraz]

так антивещество-то весит...

Ну так я же и говорю - антивещество весит, а фотон не весит.
Не, я понимаю - мне влом это самому считать, но я не верю что никто не посчитал это уже до меня!
Наверняка где-нибудь в интернете табличка притаилась...

Попытаюсь объяснить, зачем мне это вообще надо.

Сейчас как не пойдешь в кино - фильмы по сюжету далекие от реальности.
Возможно, они и реальные - но не в текущей вселенной.
И это началось уже давно, со "Звездных Войн", где бластер на поясе висел заметно ниже яиц.
На таких фильмах у буржуинцев воспитали парочку поколений и в результате в той же Америке гуманитариев в несколько раз больше технарей. А гуманитарии - это платформа для следующей волны паранормальных сил.

Сейчас и у нас это все поперло - включаешь телевизор, там идет "Невероятно, но факт" и слышишь фразу "Ученые установили, что окружающий мир состоит не из атомов, а из атоменов, которые имеют уникальные свойства..."

Сейчас в интернете есть полно сайтов, которые ищут ляпы в фильмах - типа на одном кадре номер поличейской машине один, а на втором - другой. Но нет НИ ОДНОГО сайта где показываются ошибки именно физической картины мира.

Вопрос про фотонный звездолет - это из фильма "Аватар".
Цитата:
----------------------------------------------
Параметры: Длина = 1502,4 метра, Ширина = 302,25 метра, Высота = 219,3 метра.

Дальность полета: 4,4 световых года. Это обусловлено имеющимися на борту запасами топлива и пищи, а также системами герметизации и жизнеобеспечения. Поскольку каждый миллиграмм полезного веса требуется разогнать до скорости света (в этот вес включается также и топливо, позволяющее совершить такое ускорение), в ход идут самые разнообразные способы экономии. Транспортник обеспечен топливом, достаточным для пути только до конечной станции и некоторых маневренных действий. Запасов пищи хватает только для членов команды, находящихся на посту в течение полета; по прибытии на Пандору эти запасы, так же, как и запасы воды и воздуха требуют пополнения. Топливо, необходимое для пути обратно – добытые на Полифеме водород и дейтерий, а также произведенная антиматерия – заливается там же, на Пандоре.

Крейсерская скорость: 210 000 километров в секунду (70% от скорости света, или 0,7с)

Максимальное ускорение: 1,5g

Грузоподъемность: 350 метрических тонн.

Общий обзор

График полета.
0,46 лет начального ускорения при 1,5g до достижения скорости 0,7с
5,83 лет полета на скорости 0,7с
0,46 лет торможения
1 год стоянка на орбите Пандоры
0,46 лет начального ускорение при 1,5g до достижения скорости 0,7с
5,83 лет полета
0,46 лет торможения при 1,5g

Продолжительность полета.

6,75 + 1 + 6,75 = 14,5 земных лет. Однако релятивистский эффект скрадывает время на борту корабля до ~5 лет и 9 месяцев полета в каждую сторону.

«Гиперпространство», «варп-двигатели», будоражившие воображение фантастов двадцатого века, так и не стали реальностью. В наше время инженеры могут опираться только на технологии, использующие нынешние достижения физики, однако мечтатели говорили об огромном потенциале, заложенном в реакциях материи с антиматерией. Колоссальная энергия, высвобождаемая при этом, является единственным известным средством создания тяги, необходимой для межзвездного путешествия.
----------------------------------------------

В общем, полное описание корабля - http://na-vi.ru/world-of-pandora/avatar-people/mezhzvezdnyj-transportnyj-korabl-isv-venture-star.html#more-1125

И мне интересно, насколько это все соответствует реальному миру...

[CASTRO]

Блин, не понимаю, в чем у Вас проблема. Подставляйте в формулу 21.6 свои данные и получайте результат.

Для 0.7 с в случае, если все фотоны при аннигиляции летят назад (чего не будет, поскольку зеркал для таких энергий не бывает), получаем, что чтобы разогнать 1-тонный корабль нужно потратить всего 1.4 тонны антивещества.

Насколько соответствует реальному миру ? Не  соответствует. Пока ее получено и грамма антивещества. Да и вообще мне идея "честных" межзвездных перелетов кажется нереальной. Искать обходные пути надо.

[zhvictorm]

....................
Да и вообще мне идея "честных" межзвездных перелетов кажется нереальной. Искать обходные пути надо.

Не только Вам! Там столько проблем, что лучше сразу думать про "нуль-пространство", warp-двигатели и пр.

[kraz]

Для 0.7 с в случае, если все фотоны при аннигиляции летят назад (чего не будет, поскольку зеркал для таких энергий не бывает), получаем, что чтобы разогнать 1-тонный корабль нужно потратить всего 1.4 тонны антивещества.

Насколько соответствует реальному миру ? Не  соответствует. Пока ее получено и грамма антивещества. Да и вообще мне идея "честных" межзвездных перелетов кажется нереальной. Искать обходные пути надо.

Немного не так - не 1.4 тонны антивещества, а 0.7 тонны антивещества и 0.7 тонны рабочего тела адля аннигиляции.
Но если еще учесть что половина энергии улетит в нейтрино (если я не напутал)...

А реальному миру это как раз соответствует.
Потому что антивещество получить можно и удерживать можно, и использовать тоже.
Это ведь сюжет фильма о будущем. Сравните с другими сюжетами - типа "Трансформеров-2", "Терминатора-4" или "2012".
Вот там да - там не соответствует реальному миру и никогда не будет соответствовать.

И про зеркала - можно ведь найти обходной путь - что-то типа использовать аннигиляцию для накачки лазера.
А чтобы лазер такое переваривал - то рабочее тело у него плазма. Даже не так - плазма поглощает фотоны аннигиляции и дает вспышку для накачивания рабочего тела. Правда, КПД в случае любого лазера упадет, но оно будет работать.
На такие вещи часто находятся обходные пути - вспомнить хотя бы лазера на свободных электронах. Ведь обыкновенный лазер нельзя заставить излучать любую длину волны, а тут пожалуста - вплоть до гамма-излучения. Да, такой лазер здесь не катит - это просто пример того, как обойти проблему если есть цель.

Но вывод, однако, имеется - такой звездолет сам по себе мощнейшее оружие.
Нафига было им по сюжету лететь и стрелять этих синих инопланетян, если достаточно было развернуть корабль и выдать импульс в 1/50 мощности? Все бы решилось само, и местные подумали бы - боги возмущаются.

Там столько проблем, что лучше сразу думать про "нуль-пространство", warp-двигатели и пр.

Как я понял, с "нуль-пространством", и warp-двигателями проблем меньше, там уже все решено?  

[CASTRO]

"Немного не так - не 1.4 тонны антивещества, а 0.7 тонны антивещества и 0.7 тонны рабочего тела адля аннигиляции."

Ага.

"Но если еще учесть что половина энергии улетит в нейтрино (если я не напутал)"

Не улетит.

"Потому что антивещество получить можно и удерживать можно, и использовать тоже."

Повторяю, никто и никогда не удерживал нейтральное антивещество да и зараженные античастицы пока накапливались в мизерном количестве.

"И про зеркала - можно ведь найти обходной путь - что-то типа использовать аннигиляцию для накачки лазера."

??? И какое рабочее вещество Вы собрались накачивать гамма-излучением? ))

"На такие вещи часто находятся обходные пути - вспомнить хотя бы лазера на свободных электронах. Ведь обыкновенный лазер нельзя заставить излучать любую длину волны, а тут пожалуста - вплоть до гамма-излучения. Да, такой лазер здесь не катит - это просто пример того, как обойти проблему если есть цель."

Лазер на свободных электронах имеет мало общего с привычным лазером )

Вобщем, фотонный звездолет - химера. Нереальная к тому же. Ксак и полет с околосветовой скоростью. Народ от радиации там сдохнет. Уж на выбор: от радиации своих движков или от радиации встречного света звезд.

[kraz]

Повторяю, никто и никогда не удерживал нейтральное антивещество да и зараженные античастицы пока накапливались в мизерном количестве.

Это намек на то, что это невозможно с точки законов физики?
Да, это трудно. Да, это как пытаться выйти на орбиту во времена братьев Райт.
Дык собственно, во времена братьев Райт не только полет в космос, а вообще полет считался почти что невозможным (вся-кие-разные Лилиентали по 40 лет бились безрезультатно).

Технологические проблемы решабельны. А законов природы сбор и удержание антивещества не нарушает.
В отличии, например, от полета с помощью инерциоида. Хотя в случае с инерциоидом технические проблемы отсутствуют совсем...   &{@

??? И какое рабочее вещество Вы собрались накачивать гамма-излучением? ))

Лазер, который должен быть использован в данном случае, должен отличаться от классического лазера круче, чем лазер на свободных электронах. Просто потому что КПД  у классического лазера по определению низкое.

И еще - возможно слово "лазер" здесь вообще не в тему.
Нам не нужен нерасширяющийся пучек когерентного излучения. Нам нужно нечто, что поглощает аннигиляционные фотоны и переизлучает их в более-менее в одном направлении, некая анизотропная среда.

Вобщем, фотонный звездолет - химера. Нереальная к тому же. Ксак и полет с околосветовой скоростью. Народ от радиации там сдохнет. Уж на выбор: от радиации своих движков или от радиации встречного света звезд.

От радиации как раз возможно защититься.
Но даже если не защищаясь - беспилотник, который за 7 лет достанет до Альфы Центавра это уже очень много!!