Zdjęcie z otwartych źródeł
Przez cały XX wiek pisarze fantastyki naukowej pisali dużo i byli utalentowani eksploracja kosmosu. Bohaterowie „Hiusa” dali ludzkości bogactwo Pilot Uranium Golconda Pirks pracował jako kapitan kosmosu masowce, przywódcy kontenerowców przeszli przez Układ Słoneczny i masowiec przebija, a ja nie mówię o całym mistycyzmie podróży tajemnicze monolity.
Jednak XXI wiek nie spełnił oczekiwań. Ludzkość nieśmiało stoi korytarz Kosmosu, nie wybrany na stałe poza ziemski orbity Dlaczego tak się stało i co mam nadzieję dla tych, którzy chcieliby przeczytaj wiadomość o zwiększeniu plonu jabłoni marsjańskich?
Skrzypek nie jest potrzebny
Pierwszym paradoksem, jaki napotkaliśmy, jest to, że człowiek nie jest najbardziej odpowiedni przedmiot do eksploracji kosmosu. Pisarze science fiction kto wymyślił ekspedycje kosmiczne, mógł tylko polegać na temat doświadczeń historycznych pionierów Ziemi – marynarzy, polarnicy, pierwsi lotnicy. Rzeczywiście, pozornie czy podbój Marsa będzie się różnić od podboju Bieguna Południowego?
Zarówno tu i tam nie nadają się do życia bez wcześniejszego przygotowania środowisko, musisz zabrać ze sobą zapasy i na zewnątrz statku lub w domu nie możesz wyjść bez specjalnego sprzętu. Ale science fiction i futurolodzy nie mogli przewidzieć rozwoju elektroniki i robotyka i roboty badawcze są zwykle opisane w anegdotyczna żyła:
„Musiałem oderwać się od listu na pół godziny i słuchać lamentacje mojego sąsiada, cybernetyka Shcherbakova. Ty pewnie wiesz, że na północ od wyścigu rakiet jest wielki podziemna instalacja do przetwarzania uranu i transuranidów. Ludzie pracować na sześć zmian. Roboty – przez całą dobę; wspaniale maszyny, ostatnie słowo praktycznej cybernetyki. Ale jak mówią Japończyk małpa również spada z drzewa. A teraz chodź do mnie Shcherbakov, zły jak diabli, i powiedział, że gang tych mechanicznych idioci (jego własne słowa) dziś pociągnęli jednego z nich duże magazyny rudy, uważając to oczywiście za niezwykle bogate depozyt. Programy robotów były inne, więc do rana część magazynu znajdowała się w magazynach wyrzutni rakiet, część – przy wejściu do zarządzanie geologiczne, a jego część ogólnie nie jest znana. Wyszukiwania trwa ”.
Ale żaden ze znanych autorów nie odgadł, że robot jest w fazie rozwoju kosmos ma wiele zalet w stosunku do ludzi:
W przeciwieństwie do ludzi robot potrzebuje tylko mocy i zapewnienie bilansu cieplnego. Nie trzeba nosić dziesiątek ton szklarnie, żywność, woda, tlen, odzież i produkty higieniczne, leki i inne rzeczy. Robot można wysłać w jednym kierunku, bez powrotu. Robot może pracować przez lata. Doświadczenie „Voyagers”, łazików lub „Cassini” mówi, że teraz bardziej poprawne jest mówienie niż mówienie lata i dekady. Robot może latami pracować w warunkach które są śmiertelne dla ludzi. Sonda Galileo otrzymała dawkę 25 czasy przekraczające śmiertelność dla danej osoby, a potem pracował dla niej okrążają 8 lat.
W rezultacie okazało się, że tylko roboty ważą kilka ton pasuje do technicznych możliwości ludzkości wyślij je na inne planety za rozsądne pieniądze i zacznij jedyny sposób na zadowolenie naukowców ciekawość i robienie pięknych zdjęć.
Żyjemy w krzywej logistycznej
Drugim błędem science fiction było to, że przewidzieli liniowy lub nawet wykładniczy rozwój astronautyki. Chociaż nadal w 1838 r. odkryto takie zjawisko, jak krzywa logistyczna. Co to za okropna bestia? Weźmy na przykład historię lotnictwa:
1900s Pierwsza niezdarna rzecz, pierwsze rekordy – lot do kilka kilometrów z jednym pasażerem. Lata 1910 Pierwsi zwiadowcy myśliwce, bombowce, samoloty pocztowe i pasażerskie. 1920–1930 Lot w nocy, pierwszy transkontynentalny loty. Lata 40 Lotnictwo jest poważną siłą wojskową i transportową. Lata 50 Silniki odrzutowe nadają nowy impuls rozwojowi lotnictwa – nowe prędkości, zakresy i wysokości, jeszcze więcej pasażerów. 1960-70. Pierwszy pasażer ponaddźwiękowy i szerokokadłubowy samoloty, lotnictwo są jakościowo bardziej dostępne. 1980-90. Hamowanie Rozwój staje się coraz droższy, firmy deweloperskie łączą się w gigantów firma A samoloty są coraz bardziej podobne. 2000s Limit Dwóch gigantów, Boeing i Airbus, są zewnętrznie identyczni samochody, naddźwiękowe samoloty pasażerskie na ogół wymarły.
Jeśli przełożysz te osiągnięcia na liczby, otrzymasz to zdjęcie:
Zdjęcie z otwartych źródeł
W kosmosie sytuacja jest dokładnie taka sama:
Zdjęcie z otwartych źródeł
Dla jasności wykres krzywej S można nałożyć na siebie wydatki na osiągnięcie tego poziomu:
Zdjęcie z otwartych źródeł
A smutek naszego „dzisiaj” jest taki, że w kosmosie istniejące technologie, jesteśmy blisko poziomu nasycenia. Technicznie może latać w załogowej wersji na Księżyc, a nawet na Marsa, ale jakoś przepraszam za pieniądze.
Bagaż KTs – zdobądź gravitsapu
Kolejny smutny aspekt, który spowalnia szarpnięcie w kosmos, nie jest jeszcze znalazłem coś bardzo cennego, na co warto wydać pieniądze eksploracja kosmosu poza orbitą ziemską. Pamiętaj, że na Orbita blisko Ziemi jest teraz masą komercyjnych satelitów – komunikacja, telewizja i Internet, meteorologiczne, kartograficzne. A ty wszystkie mają wymierne korzyści wyrażone w pieniądzu. I co zalety programu lotów z załogowym księżycem? Oto oficjalny Lista wyników programu księżycowego w USD za około 170 USD miliard (w cenach z 2005 r.):
Księżyc nie jest głównym obiektem, jest planetą grupy ziemskiej wraz z nią ewolucja i struktura wewnętrzna podobna do Ziemi. Księżyc jest starożytny i zachowuje historię pierwszych miliardów lat ewolucji planet lądowych. Najmłodsze skały księżycowe są mniej więcej w tym samym wieku co starożytne ziemskie. Ślady najwcześniejszych procesów i zdarzeń, które: prawdopodobnie wpłynęło na księżyc i ziemię, można je znaleźć tylko teraz na księżycu. Księżyc i Ziemia są genetycznie spokrewnione i utworzone różne proporcje ogólnego zestawu materiałów. Księżyc jest martwy i nie zawiera żywe organizmy lub lokalną materię organiczną pochodzenie Skały księżycowe pochodzą od wysokiej temperatury procesy bez udziału wody. Są one podzielone na trzy typy: bazalty, anortozyty i breccias.
Bardzo dawno temu księżyc stopił się na wielką głębokość i utworzyli ocean magmy. Góry Księżycowe zawierają pozostałości wczesnych skał niska gęstość, która unosiła się na powierzchni tego oceanu. Ocean magmy został utworzony przez serię uderzeń ogromnych asteroid, które utworzyły baseny wypełnione lawą.
Księżyc jest nieco asymetryczny, prawdopodobnie z powodu wpływu Ziemi. Powierzchnia księżyca pokryta jest kawałkami skały i pyłu. To się nazywa księżycowy regolit i zawiera unikalną historię promieniowania Słońca, co jest ważne dla zrozumienia zmian klimatu na Ziemi.
To wszystko jest bardzo interesujące (bez żartów), ale cała ta wiedza mają nieodwracalną wadę – nie można ich rozłożyć na chlebie, wlać do zbiornika gazu lub zbudować z nich dom. Jeśli w bezkresie przestrzeń zostałaby odkryta jako pewien „elerium”, „Tyberium” lub inny shishdostanium, który można wykorzystać jako:
Ekonomiczne źródło energii.
Integralny element produkcji czegoś cennego i konieczne.
Żywność / medycyna / witamina o zasadniczo nowej jakości.
Luksusowy przedmiot lub źródło przyjemności.
Gdyby także dorastał tylko na Marsie lub w pasie asteroid (i nie reprodukowane na Ziemi) i mogą być wydobywane tylko przez człowieka (aby sprytna ludzkość nie wysyłała taniej i bezpretensjonalne roboty), wówczas byłby to dokładnie rozwój człowieka przestrzeń otrzyma nieoceniony bodziec. I pod jego nieobecność pesymistyczny scenariusz na lata 2020, ludzkość może tracą stałą obecność nawet na orbicie Ziemi tło politycznie zniszczonych doniczek współpracy międzynarodowej podatnicy mogą zapytać: „Po co nam nowa stacja ISS? ”
Klątwa formuły Ciołkowskiego
Oto Nemezis Kosmonautyki:
Zdjęcie z otwartych źródeł
Tutaj:
V jest końcową prędkością rakiety. I – specyficzny impuls silnika (ile sekund może stworzyć silnik na 1 kilogram paliwa ciąg 1 Newton) M1 – początkowa masa rakiety. M2 – masa końcowa rakiety.
V dla pełnych zbiorników jest rezerwą charakterystyczną prędkość, tj. margines prędkości, który możemy przyspieszać / zwalniać w razie potrzeby. Jest również nazywany przez akcje delta-V (delta oznacza zmianę, tj. jest to akcja zmiany prędkości).
W czym jest problem? Zrób mapę wymaganych zmian prędkości dla układu słonecznego:
Zdjęcie z otwartych źródeł
Wyobraź sobie teraz, że chcemy polecieć na Marsa iz powrotem. Jest będzie:
9400 m / s – zacznij od Ziemi. 3210 m / s – zejście z orbity Ziemi. 1060 m / s – przechwycenie Marsa. 0 m / s – dostęp do niskiej orbity Marsa (biały trójkąt oznacza możliwość hamowania wokół atmosfery). 0 m / s – lądowanie na Marsie (hamowanie w atmosferze). 3800 m / s – start z Marsa. 1440 m / s – przyspieszenie z orbity Marsa. 1060 m / s – przechwycenie Ziemi. 0 m / s – dostęp do niskiej orbity Ziemi (opóźnienie atmosfery). 0 m / s – lądowanie na Ziemi (hamujemy wokół atmosfery).
Rezultatem jest piękna figura 19970 m / s, którą my zaokrąglić do 20 000 m / s. Niech nasza rakieta będzie idealna, i objętość paliwa nie wpływa w żaden sposób na jego masę (zbiorniki, rurociągi nic nie ważę). Spróbujmy obliczyć zależność początkowej masy rakiety z masy końcowej i impulsu właściwego. Przekształcanie formuły Ciołkowski, otrzymujemy:
M1 = eV / I * M2
Skorzystamy z bezpłatnego pakietu matematycznego Scilab. Ostateczny przyjmujemy masę w zakresie 10-1000 ton, impulsem właściwym będzie wahają się od 2000 m / s (silniki chemiczne na hydrazynie) do 200 000 m / s (teoretyczne oszacowanie maksymalnego impulsu napędu elektrycznego na dziś). Muszę od razu powiedzieć, że dla maksymalnej masy i minimalnego pędu będzie bardzo ważny (22 miliony ton), więc skala Wyświetlacz będzie logarytmiczny.
[m2 I] = siatka (10: 50: 1000,2000: 5000: 200000); m1 = log (exp (20000 * I. ^ – 1). * m2); surf (m2, I, m1)
Zdjęcie z otwartych źródeł
Ten piękny wykres jest w rzeczywistości wizualnym zdaniem chemicznym silniki. To nie jest nowość – w takich silnikach chemicznych trening pokazuje doskonale, normalnie możesz biegać na małą skalę sondy, ale nawet na księżyc latać z załogą już kilka trudne.
Złagodźmy warunki. Po pierwsze, powiedzmy, że zaczynamy już z orbity Ziemi, a zamiast 20 km / s potrzebujemy 10. Po drugie, przecinamy ogon nieefektywnych silników chemicznych o wartość minimalna I 4400 m / s (UI silnika wodorowego Space Shuttle RS-25):
[m2 I] = siatka (10: 50: 1000,4400: 5000: 200000); m1 = log (exp (10000 * I. ^ – 1). * m2); surf (m2, I, m1)
Skala logarytmiczna:
Zdjęcie z otwartych źródeł
Skala liniowa:
Zdjęcie z otwartych źródeł
Poddajemy się całkowicie silnikom chemicznym. Silnik jądrowy NERVA miał UI wynoszący 9000 sekund. Przelicz:
[m2 I] = siatka (10: 50: 1000,9000: 5000: 200000); m1 = exp (10000 * I. ^ – 1). * m2; surf (m2, I, m1)
Skala liniowa:
Zdjęcie z otwartych źródeł
Dlaczego powtarzam te monotonne wykresy? Faktem jest, że pokazuje płaski obszar oznaczony jako „przyczyna optymizmu” że gdy pojawią się silniki z interfejsem użytkownika większym niż 50 000 m / s, w ciągu Układ słoneczny będzie w stanie w mniejszym lub większym stopniu latać bez niego statki o masie początkowej milionów ton. I ERD, które już są Teraz mają UI 25000-30000 m / s (na przykład SPD 2300). Jednak musisz zrozumieć, że powód do optymizmu jest bardzo powściągliwy. Po pierwsze, te tysiące ton muszą zostać dostarczone na orbitę Ziemi (i to bardzo trudne). Po drugie, istniejące elektryczne silniki napędowe mają niewielki ciąg, i aby przyspieszyć z odpowiednim przyspieszeniem, musisz ustawić reaktory wielomegawatowe.
Zbudujmy kolejną interesującą tabelę. Poinformuj nas o ostateczności waga – 1000 ton. Konstruujemy zależność początkowej masy konkretny impuls i prędkość końcowa:
[V I] = meshgrid (10000: 2000: 100000,50000: 5000: 200000); m1 = exp (V. * (I. ^ – 1)) * 1000; surf (V, I, m1)
Zdjęcie z otwartych źródeł
Ten wykres jest interesujący, ponieważ jest poniekąd spojrzeniem dalsza przyszłość ludzkości. Jeśli chcemy wygodne i szybki lot przez Układ Słoneczny, będziesz musiał przejść inny wyższego rzędu w rozwoju określonych silników potrzebujących impulsów z MD rzędu kilkuset tysięcy metrów na sekundę.
Tu nie ma ryb
Ludzkość wyróżnia się sprytem i pomysłowością. Dlatego wymyślono wiele pomysłów w celu ułatwienia dostępu do przestrzeń Jednym z najważniejszych parametrów charakteryzujących tę barierę, który chcemy przeskoczyć to cena usunięcia kilograma za orbita Teraz, według różnych szacunków (ta kolumna została usunięta z Wiki, tutaj, na przykład, inne źródło) dla różnych pojazdów startowych, to cena mieści się w przedziale od 4000 do 13000 USD za kilogram za niski Orbita Ziemi Co próbowali wymyślić, aby to ułatwić czy łatwiej i taniej jest wydostać się na orbitę przynajmniej w pobliżu Ziemi?
Systemy wielokrotnego użytku. Historycznie ten pomysł udało się już raz nie powiodło się w programie Space Shuttle. Teraz Elon to robi Piżmo planuje zasadzić pierwszy krok. Chciałbym mu życzyć przy każdym sukcesie, ale nie sądzę, że w oparciu o przeszłe porażki będzie to jakościowy przełom. W najlepszym razie koszty spadną kilka procent.
Pojedynczy etap na orbitę. Mimo to nie poza zakresem projektów powtarzane próby. Start powietrzny. Jest udany projekt dla mała ładowność, ale nie skaluje się pod dużym obciążeniem towary.
Start kosmiczny bez rakiet. Wynaleziono wiele projektów, ale wszystkie mają fatalną wadę – wymagają astronomii inwestycje, których nie można pokonać bez pełnego ukończenia projekt. Aż do kosmicznej windy, fontanny lub masowego sterownika w pełni zbudowany i działający, bez żadnych zysków.
Co uspokoi moje serce
Jak możesz rozweselić te smutne myśli? At Mam dwa argumenty – jeden abstrakcyjny i fundamentalny, inny bardziej szczegółowy. Po pierwsze, postęp w ogóle nie jest jeden Krzywa S i wiele z nich, co stanowi taki optymizm zdjęcie:
Zdjęcie z otwartych źródeł
W historii lotnictwa można wyróżnić na przykład:
Zdjęcie z otwartych źródeł
I na pewno jesteśmy na podobnym etapie rozwoju astronautyka. Tak, teraz jest stagnacja, a nawet wycofanie jest możliwe, ale ludzkość stoi na czele swoich możliwości przedstawiciele przedzierają się przez ścianę wiedzy i gdzieś jeszcze nie widziane, robią sobie zdjęcia nowej przyszłości.
Drugi argument to wiadomości opracowanie reaktora jądrowego do transportu i energii moduł:
Zdjęcie z otwartych źródeł
Najnowsze wiadomości o tym projekcie były latem – zmontował pierwszy pręt paliwowy. Działa, choć bez regularnego rozgłosu, oczywiście dzieje się i można mieć nadzieję na pojawienie się w nadchodzące lata całkowicie nowego aparatu – holownika nuklearnego z ERD
Postscriptum
Są to nieco zaniedbane myśli, nazwiemy je pierwszą iteracją. Chcę uzyskać informację zwrotną – być może coś przeoczyłem lub jest źle określił znaczenie tego zjawiska. Kto wie, może po przetworzeniu informacje zwrotne okażą się bardziej smukłe lub wymyślone coś interesującego?
Avor: Lozga
Woda Pieniądze Księżyc Mars Rakieta Roboty Ewolucja Układu Słonecznego
