Zametki na polyah (akor168) wrote,
Zametki na polyah
akor168

Categories:

О сферах Дайсона или Как нам обустроить солнечную систему.

Тут, то ли в связи со смертью Брэдбери, то ли с выходом какого-то фильма(который я не смотрел , специально не собираюсь, но спойлерить по деталям не надо, ибо я его в следующие 5 лет случайно посмотрю по ящику) снова появляются обсуждения на тему, как правильно и безопасно организовать межзвездные путешествия.

Я на эту тему там высказался, повторяться здесь не буду(разве что чуть-чуть) и поговорю на двойственную тему - как нашим потомкам правильно обустроить солнечную систему.

Точнее, попытаемся ответить на вопрос: сколько людей способна прокормить солнечная система.


Сначала простые известные цифры: мощность солнечного излучения 3.86*10^26Wt. Современное земное потребление порядка энергии 10^13Вт(на каждого земного брата получается около 12 000Квт/ч). Еще для справки: масса Солнца около 2*10^27 тонн.

Что следует из этих цифр, очень простой вывод, даже если мы поднимем душевое энергопотребление на порядок (то есть где-то до 100 000Квт/ч на человека, и увеличим население в триллион раз, то солнечной энергии хватит. Заметьте, я исхожу из активной цифры в 10^26Вт, то есть довольно скромный КПД усвоения всей солнечной Энергии порядка 27%.

Другими словами, в солнечной системе есть энергии на жизнеобеспечение 10^22 человеков, по нормам в 10 раз лучшим чем сейчас. На каждого по 100 000 Квт/ч, или 10^5*3.6*10^6=3.6*10^11 Джоулей, или есть перевести в знакомые всем нам углеводороды, получится где-то 7-8 тонн нефти на человека в Год. Можно ли с этого накормить, обуть, одеть одного человека? По современным технологиям немного маловато, потому урежем осетра, и сбросим населенность всего человечества с 10^22 до 10^20, и увеличим пропорционально энергетическую пайку в 100 раз до эквивалента 700-800 тонн. Вот этого уже с избытком хватит на получение продовольствия в автономном режиме, то есть тепличные технологии на лампах дневного света. Сейчас таким способом выращивают лишь овоши, траву и цветы, но не потому что другое не могут, а просто сейчас это другое невыгодно (экономически и энергетически). Но так как я заложился на душевое энергопотребление в 1000 раз, то нет проблем.

После этих прикидок возникают два вопроса: как собрать эту солнечную энергию (с КПД в 27%) со всего периметра, и где эти 10^20 человек будут жить. И тут возникают эти самые сферы Дайсона: давайте натянем де на все земную орбиту сферу, и люди на ней будут одновременно жить и потреблять энергию звезды. Решение, казалось бы комплексное, но именно потому абсолютно неверное.

Дело в том, что это две совершенно разные задачи, и их нет никакого смысла смешивать. Задачи собрать солнечную энергию с некоторой замкнутой поверхности вокруг солнца на несколько порядков проще создания жилой поверхности той же площади. Простое соображение: если мы просто собираем энергию, нам нет смысла собирать ее далеко от солнца, надо приблизиться как можно ближе и собирать ту же энергию с гораздо меньшей площади. Радиус земной орбиты - 150 млн км. Приблизившись на расстояние 4 млн км, мы увеличим мощность потока в 1000 раз и сократим рабочую площадь энергетической сферы Дайсона в 1000 раз. При этом температуры, которые должна выдерживать рабочая часть, увеличится с 300К до 2000К (температура растет в четвертой степени), что вполне допустимо даже для текущего уровня технологий, а ведь мы и сейчас знаем материалы с температурой плавления в 4000К, то есть формально можно сместить энергоулавливающую часть сферы Дайсона практически до размеров самого солнца(собственно на поверхности солнца 6000К). Другими словами, переместим нашу сферу Дайсона на 1.5Млн км от солнца. Энергетический поток там будет 14 000Квт на М^2, рабочая температура 3000К. Площадь сферы радиуса R =1.5*10^9м есть 4*Пи*R^2= 3*10^19 м^2. Если потратить по 3 тонны материала на метр получим, что нужна масса 10^20 тонн. Масса самой земли 6*10^21 тонн. По-моему, массы бесхозных астероидов вполне хватит на создание этих солнечных электростанций. А если не хватит, можно отщипнуть от Меркурия, масса которого 3*10^20 тонн(можно даже не гоняться за астероидами а сразу разбирать Меркурий).

То есть с энергоулавливанием более менее разобрались. Энергозапасание и энергопередача таких объемов вещь тоже конечно не простая, но вполне решаемая (раз уж мы можем к тому времени разбирать планеты). Варианты: производство удобного ядерного и термоядерного топлива, космические конденсаторы, ускорители частиц, банальные волновые передатчики(лазеры-шмазеры).

Теперь перейдем к вопросу: а где будут жить собственно люди. Напомню, их у меня 10^20 человек. Нужна жилая сфера Дайсона? Нет, не нужна! Человеку не нужна для жизни плоскость, он прекрасно живет в объеме. Плоскость нужна лишь современному человеку для улавливания солнечной энергии по этой самой плоскости. Но выше мы обсудили, что вопрос улавливания решена с помощью энергетической сферы Дайсона. Потому, человеку нужна попросту обычная квартира обьемом в 1000 м^3. Кубик 10*10*10. Сейчас мы называем это трехэтажный особняк. Многие ли из нас могут себе его позволить?

А теперь вcпомним массу земли: 6*10^21 тонн. По 60 тонн на брата, да, из этого вполне можно сделать квартирку 10*10*10. Но все же получается впритык. Однако, в Солнечной системе есть и другие планеты. Например, Юпитер с массой 1.8*10^24 тонн. То есть, по 18 000 тонн на брата/сестру. Неужто из этого нельзя сварганить по квартирке, да и на общественные конструкты хватит с лихвой.

Как это будет выглядеть геометрически: приблизительно 1000 ульев, разбросанных по солнечной системе веса от четверти до половины земли и диаметром 10-20 тысяч километров каждый. Люди живут по всему объему улья - полностью трехмерный мир(в каждом около 10^17 человек). Там будет вполне нетривиальная сила тяжести(чуть меньшая, чем на земле, но я думаю наши потомки это переживут), и условия жизни никак не хуже, чем в любом современном городе. Питается этот улей, естественно, от энергии, получаемой от сферы Дайсона(эту энергию например можно запасать в ядерном и термоядерном топливе, производимом около сферы, которое потом тратят уже на месте, чтобы повысить автономность). Сам улей может находится далеко от солнца, например на орбите Юпитера, чтобы бессмысленно не возить разбираемую планету по системе (энергии теоретически хватит и на это, но неаккуратненько).

Самое интересное, что все описанное выше не требует никаких прорывов в основах физики, но очень серьезных прорывов в технологиях и прежде всего в экономике, умении сконцентрироваться человечеству(или его солидной части - колхоз дело добровольное) на задаче в мировом масштабе. Но это отдельный вопрос, а моя задача была проще - показать, что солнечная система вполне способна кормить и неплохо кормить, 100 квинтиллионов(миллиард миллиардов) человек. В этом аспекте, любые межзвездные перелеты, и исследование эндогенных планет вещь безусловно интересная, но лишенная какой-либо практической осмысленности. Колонизация возможна, конечно, по этой же схеме освоения ресурсов только в отсутствии планет придется разработать способы вычерпывания вещества из самой звезды. Наличие этих самых эндогенных планет мало что меняет в схеме.

Если же найдут практический способ превращения массы в энергию (один из потенциально возможных, это падение вещества с большим угловым моментом на черную дыру, но для этого нужна эта самая черная дыра). Тогда количество людей, способных кормиться от массы одной звезды, можно увеличить еще в несколько десятков тысяч раз, до 10^25-10^26 (миллиард ульев выше). Солнце в этом раскладе разбирается на запчасти. Остальные звезды повторяют судьбу при колонизации.

По мере распространения человечества по галактике все больше и больше звезд банально гаснет. Страшно, но симпатично. И кстати, дает возможное объяснение почему мы не видим суперцивилизаций по Шкловскому. А просто там, где они есть, мы не видим никаких звезд - разобраны и освоены. Все потребление внутре, мы можем засечь лишь невидимую массу.

Мораль сей сказки проста: во вселенной вообще и в солнечной системе, в частности, нет недостатков энергии или вещества, просто мы пока такие лохи, что не умеем этим пользоваться. Надеюсь, наши потомки такими лохами не будут. Аминь.

Предыдущий прогон по теме
Subscribe

  • Upgrade=Downgrade? (Opera 80 display of tabs issue)

    Слушайте но вот реально почему от слова Апдейт в свете современных приложений уже начинает дергаться глаз. Потому что с весьма нехилой вероятностью…

  • 3-0 vs 42-0

    To put the magnitude of the U.S. defeat in context, losing 3-0 in soccer is the equivalent of losing 42-0 in football. Реально улыбнуло, поскольку…

  • Анекдоты: полная потеря смысла при пересказе

    Знаете, когда обсуждается сложность перевода с одного языка на другой, обычно рассказывается пример с круглым столом где каждый знает языки двух…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 109 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →

  • Upgrade=Downgrade? (Opera 80 display of tabs issue)

    Слушайте но вот реально почему от слова Апдейт в свете современных приложений уже начинает дергаться глаз. Потому что с весьма нехилой вероятностью…

  • 3-0 vs 42-0

    To put the magnitude of the U.S. defeat in context, losing 3-0 in soccer is the equivalent of losing 42-0 in football. Реально улыбнуло, поскольку…

  • Анекдоты: полная потеря смысла при пересказе

    Знаете, когда обсуждается сложность перевода с одного языка на другой, обычно рассказывается пример с круглым столом где каждый знает языки двух…