Fotografija iz odprtih virov
Skozi dvajseto stoletje so pisci znanstvene fantastike pisali veliko in nadarjeno raziskovanje vesolja. Junaki “Hiusa” so človeštvu dali bogastvo Uran Golconda pilot Pirks je deloval kot kapetan vesolja prevozniki za prevoz razsutega tovora, voditelji zabojnikov za prevoz kontejnerjev so se sprehodili po osončju in aduti za razsuti tovor in ne govorim o vsej mističnosti potovanja skrivnostni monoliti.
Vendar 21. stoletje ni izpolnilo pričakovanj. Človeštvo mirno stoji hodnik Kozmosa, ki ni stalno izbran onkraj zemeljskega orbite. Zakaj se je to zgodilo in na kaj upati tistim, ki bi radi preberite novico o povečanju pridelka marsovskih jablan?
Violinist ni potreben
Prvi paradoks, s katerim smo se srečali, je, da človek ni najbolj primeren predmet za raziskovanje vesolja. Pisci znanstvene fantastike ki so si izmislili vesoljske odprave, so se lahko samo zanašali o zgodovinski izkušnji pionirjev Zemlje – mornarjev, polarni raziskovalci, prvi letalci. Dejansko kot, kot kaže, se bo osvojitev Marsa razlikovala od osvajanja Južnega pola?
Tu in tam neprimerne za življenje brez predhodne priprave okolju, morate s seboj prinesti zaloge in zunaj ladje ali doma ne morete ven, če ne oblečete posebne opreme. Toda znanstvena fantastika in futurologi niso mogli predvideti razvoja elektronike in robotika in raziskovalni roboti so običajno opisani v anekdotalna vena:
“Pol ure sem se moral odtrgati od pisma in poslušati lamentacije mojega soseda, kibernetista Ščerbakova. Verjetno si veste, da je severno od raketne dirke velik podzemna naprava za predelavo urana in transuranidov. Ljudje delo v šestih izmenah. Roboti – okrog ure; čudovito stroji, zadnja beseda praktične kibernetike. A kot pravijo Japonski, opica pade tudi z drevesa. Zdaj pa pridite k meni Ščerbakov, jezen kot hudič, in rekel, da je tolpa teh mehaničnih idioti (lastne besede) so nocoj potegnili enega od velika rudna skladišča, ki je očitno nenavadno bogata polog. Programi robotov so bili različni, torej do jutra del skladišča je bil v skladiščih raket, del – na vhodu v geološko upravljanje in del tega je na splošno neznano kam. Iskanje gre naprej. ”
Toda nihče od znanih avtorjev ni ugibal, da je robot v razvoju vesolje ima veliko prednosti pred ljudmi:
Za razliko od ljudi, robot potrebuje samo moč in zagotavljanje ravnovesja toplote. Ni treba prevažati več deset ton rastlinjaki, hrana, voda, kisik, oblačila in higienski izdelki, zdravila in druge stvari. Robota lahko pošljete v eno smer, ne da bi se vrnili. Robot je sposoben delati leta. Izkušnje “Voyagerjev”, roverjev oz “Cassini” pravi, da je zdaj pravilneje govoriti o tem leta in desetletja. Robot je sposoben delati leta v pogojih ki so smrtno nevarne za ljudi. Sonda Galileo je prejela odmerek 25 krat presega smrtnega za osebo in je potem delal za to orbita 8 let.
Kot rezultat tega se je izkazalo, da le roboti tehtajo nekaj ton ustreza tehničnim zmožnostim človeštva jih poslali na druge planete za razumen denar in začeli edini način za zadovoljevanje znanstvenih radovednost in pridobivanje lepih fotografij.
Živimo v logistični krivulji
Druga napaka znanstvene fantastike je bila, da so napovedovali linearni ali celo eksponentni razvoj astronavtike. Čeprav še vedno leta 1838 odkrili tak pojav kot logistična krivulja. Kaj je ta grozna zver? Za primer vzemimo zgodovino letalstva:
1900-ih Prvi nerodni novice, prvi zapisi – letenje na nekaj kilometrov z enim potnikom. 1910-ih Prvi skavti borci, bombniki, poštna in potniška letala. 1920-1930-ih Poletno obvladovanje ponoči, prvi transkontinentalni leti. 1940-ih Letalstvo je resna vojaška in prometna sila. 1950-ih Jetovi motorji dajo nov zagon razvoju letalstva – nove hitrosti, dosegi in višine, še več potnikov. 1960–70. Prvi nadzvočni in širokoklepni potnik letala, letalstvo so kvalitativno dostopnejša. 1980–90. Zaviranje. Razvoj je dražji, razvojna podjetja so združena v velikanske podjetje. In letala so si vedno bolj podobna. 2000-ih Omejitev. Dva velikana Boeing in Airbus sta na zunaj enaka avtomobili, nadzvočna potniška letala so na splošno izumrla.
Če te dosežke prevedete v številke, to dobite slika:
Fotografija iz odprtih virov
V vesolju je situacija popolnoma enaka:
Fotografija iz odprtih virov
Zaradi jasnosti se lahko grafikon S-krivulje prekriva stroški za dosego te ravni:
Fotografija iz odprtih virov
In žalost našega “danes” je v vesolju obstoječih tehnologij, smo blizu ravni nasičenosti. Tehnično lahko letijo s posadko na Luno in celo Mars, vendar nekako žal za denar.
KT-ji za prtljago – dobite gravitsapu
Naslednji žalosten vidik, ki upočasni kreten v vesolje, še ni našel nekaj zelo dragocenega, za kar je vredno zapraviti denar raziskovanje vesolja onkraj zemeljske orbite. Upoštevajte, da naprej Blizu Zemljine orbite je zdaj množica komercialnih satelitov – komunikacije, televizija in internet, meteorološka, kartografska. In u vsi imajo oprijemljive koristi, izražene v denarju. In kaj prednosti programa za let na posadki s posadko? Tu je uradnik Seznam rezultatov lunarnega programa v USD v vrednosti približno 170 USD milijarda (v cenah iz leta 2005):
Luna ni primarni objekt, je planet zemeljske skupine, s svojimi evolucijo in notranjo strukturo, podobno Zemlji. Luna je starodavna in ohranja zgodovino prvih milijard let evolucije zemeljskih planetov. Najmlajše lunine skale so približno iste starosti kot starodavno zemeljsko. Sledi najzgodnejših procesov in dogodkov, morebiti vplival na luno in zemljo, je mogoče najti šele zdaj na luno. Luna in Zemlja sta genetsko sorodni in nastaneta iz nje različna razmerja splošnega nabora materialov. Luna je brez življenja in ni vsebuje žive organizme ali lokalno organsko snov porekla. Lunarne skale so se spustile od visoke temperature procesi brez udeležbe vode. Razdeljeni so v tri vrste: bazalti oz. anortoziti in brekiji.
Zelo dolgo nazaj se je luna stopila do velike globine in oblikoval ocean magme. Lunarne gore vsebujejo ostanke zgodnjih kamnin nizka gostota, ki je plavala na površju tega oceana. Ocean magme je nastal z vrsto udarcev ogromnih asteroidov, ki so tvorili bazene, napolnjene s tokom lave.
Luna je nekoliko asimetrična, morda zaradi vpliva Zemlje. Površina lune je prekrita s koščki kamna in prahu. To se imenuje lunarni regolit in vsebuje edinstveno zgodovino sevanja Sonca, kar je pomembno za razumevanje podnebnih sprememb na Zemlji.
To je vse zelo zanimivo (brez šale), ampak vse to znanje imajo nepopravljivo napako – na kruh jih ni mogoče širiti, nalijte v rezervoar za plin ali iz njih zgradite hišo. Če v prostranosti vesolje bi odkrili določen “elerij”, “Tiberium” ali drugo shishdostanium, ki se lahko uporablja kot:
Stroškovno učinkovit vir energije.
Sestavni element proizvodnje nečesa dragocenega in potrebno.
Hrana / zdravila / vitamin bistveno nove kakovosti.
Luksuzen predmet ali vir užitka.
Če bi tudi zrasel le na Marsu ali v asteroidnem pasu (in niso razmnoženi na Zemlji) in ga je lahko rudal samo človek (tako da zvita človeštvo ne pošilja cenejših in nezahtevni roboti), potem bi bil natančno posaden razvoj vesolje bi dobilo neprecenljiv dražljaj. In če ga ni bilo v pesimistični scenarij v 2020-ih človeštvo lahko izgubijo stalno prisotnost tudi v zemeljski orbiti ozadje politično premetanih loncev za mednarodno sodelovanje davkoplačevalci se lahko vprašajo: “Zakaj potrebujemo novo postajo po tem ISS? ”
Prekletstvo formule Tsiolkovsky
Tukaj je, Nemesis kozmonavtike:
Fotografija iz odprtih virov
Tukaj:
V je končna hitrost rakete. I – specifični impulz motorja (koliko sekund lahko ustvari motor na 1 kilogram goriva potisk 1 Newton) M1 – začetna masa rakete. M2 – končna masa rakete.
V za polne rezervoarje je značilna rezerva hitrost, tj. mejo hitrosti, ki jo zmoremo po potrebi pospešite / upočasnite. Imenuje se tudi po delta-V zaloga (delta pomeni spremembo, tj. to je zaloga spremembe hitrosti).
Kaj je tu problem? Oglejte si zemljevid potrebnih sprememb hitrosti za sončni sistem:
Fotografija iz odprtih virov
Predstavljajte si zdaj, da želimo leteti na Mars in nazaj. Tako je bo:
9400 m / s – začetek z Zemlje. 3210 m / s – odhod iz Zemljine orbite. 1060 m / s – prestrezanje Marsa. 0 m / s – dostop do nizke orbite Marsa (bela trikotnik pomeni možnost zaviranja ozračja). 0 m / s – pristanek na Marsu (zavora v atmosferi). 3800 m / s – start z Marsa. 1440 m / s – pospešek z Marsove orbite. 1060 m / s – prestrezanje Zemlje. 0 m / s – dostop do Zemljine nizke orbite (zaviranje ozračja). 0 m / s – pristanek na Zemlji (zaviramo v ozračje).
Rezultat je lepa številka 19970 m / s, ki jo imamo krog do 20.000 m / s. Naj bo naša raketa popolna, in prostornina goriva nikakor ne vpliva na njegovo maso (rezervoarji, cevovodi ne tehtajte ničesar). Poskusimo izračunati odvisnost začetne mase rakete iz končne mase in specifičnega impulza. Preoblikovanje formule Tsiolkovsky, dobimo:
M1 = eV / I * M2
Uporabili bomo brezplačni matematični paket Scilab. Končni vzamemo maso v območju 10-1000 ton, specifični impulz bo se gibljejo od 2000 m / s (kemični motorji na hidrazinu) do 200 000 m / s (teoretična ocena največjega impulza električnega pogona za danes). Takoj moram reči, da za največjo maso in najmanjši zagon bo zelo pomemben (22 milijonov ton), torej lestvica Prikaz bo logaritmičen.
[m2 I] = meshgrid (10: 50: 1000,2000: 5000: 200000); m1 = log (exp (20000 * I. ^ – 1). * m2); surf (m2, I, m1)
Fotografija iz odprtih virov
Ta čudovit graf je pravzaprav vizualno kemični stavek motorji. To ni novica – na kemičnih motorjih, kot je ta praksa kaže odlično, običajno lahko tečete majhne sonde, ampak celo na Luno, da bi s posadko leteli že več težko.
Olajšajmo pogoje. Najprej recimo, da začnemo že iz Zemljine orbite in namesto 20 km / s bomo potrebovali 10. Drugič, rešili smo rep neučinkovitih kemičnih motorjev za najmanjša vrednost I 4400 m / s (uporabniški vmesnik vodikovega motorja Space Shuttle RS-25):
[m2 I] = meshgrid (10: 50: 1000,4400: 5000: 200000); m1 = log (exp (10000 * I. ^ – 1). * m2); surf (m2, I, m1)
Logaritmična lestvica:
Fotografija iz odprtih virov
Linearna lestvica:
Fotografija iz odprtih virov
V celoti se odpovedujemo kemičnim motorjem. Jedrski motor NERVA je imela uporabniški vmesnik 9000 sekund. Popust:
[m2 I] = meshgrid (10: 50: 1000,9000: 5000: 200000); m1 = exp (10000 * I. ^ – 1). * m2; surf (m2, I, m1)
Linearna lestvica:
Fotografija iz odprtih virov
Zakaj ponavljam te monotone grafe? Dejstvo je, da je to kaže ravno površino, označeno kot “razlog za optimizem” ko se pojavijo motorji z uporabniškim vmesnikom več kot 50.000 m / s Sončev sistem bo lahko bolj ali manj prenašalno letel brez ladje z začetkom mase milijonov ton. In ERD, ki so že Zdaj imajo UI 25000-30000 m / s (na primer SPD 2300). Vendar pa je dr. morate razumeti, da je razlog za optimizem zelo zadržan. Prvič, teh tisoč ton je treba dostaviti v Zemljino orbito (in to izjemno težko). Drugič, obstoječi električni pogonski motorji imajo majhen potisk, in da pospešite s primernim pospeškom, morate nastaviti več megavatni reaktorji.
Sestavimo še en zanimiv grafikon. Sporočite nam končno teža – 1000 ton. Konstruiramo odvisnost začetne mase od specifični impulz in končna hitrost:
[V I] = meshgrid (10000: 2000: 100000,50000: 5000: 200000); m1 = exp (V. * (I. ^ – 1)) * 1000; surf (V, I, m1)
Fotografija iz odprtih virov
Ta graf je zanimiv po tem, da je v nekem smislu pogled daljna prihodnost človeštva. Če želimo udobno in hiter let skozi osončje, boste morali iti drugega višji red pri razvoju motorjev s specifičnimi impulzi z MD-ji nekaj sto tisoč metrov na sekundo.
Tu ni rib
Človeštvo odlikuje zvitost in iznajdljivost. Zato mnogo idej je bilo izumljenih, da bi olajšali dostop do prostor. Eden najpomembnejših parametrov, ki označuje to oviro, na katero želimo skočiti je cena odstranjevanja kilograma na orbita. Zdaj, po različnih ocenah (ta stolpec je bil odstranjen iz Wikija, tu na primer še en vir) za različna lansirna vozila, to cena je v razponu od 4000 do 13000 dolarjev na kilogram za nizko Zemeljska orbita. Kar so poskušali izmisliti, da bi olajšali ali je lažje in ceneje priti ven vsaj na skoraj zemeljsko orbito?
Sistemi za večkratno uporabo Zgodovinsko gledano je ta ideja že enkrat uspela neuspeh v programu Space Shuttle. Zdaj Elon to počne Mošus, ki načrtuje zasaditev prvega koraka. Rad bi mu zaželel vsak uspeh, toda glede na pretekli neuspeh ne mislim, da je tako to bo kvalitativni preboj. V najboljšem primeru bodo stroški padli naprej nekaj odstotkov.
Enotna stopnja v orbito. Kljub temu pa ne presega obsega projektov ponavljajoči se poskusi. Zračni zagon. Za to je uspešen projekt majhna koristna obremenitev, vendar se ne razteza pri težkih blaga.
Izstrelitev vesolja brez raket. Izumljenih je bilo veliko projektov, vendar imajo vsi usodno napako – zahtevajo astronomsko naložbe, ki jih ni mogoče premagati brez popolnega dokončanja projekt. Dokler ni vesoljskega dvigala, vodnjaka ali množičnega voznika v celoti zgrajena in delujoča, od tega ni dobička.
Kar mi bo pomirilo srce
Kako se lahko razveselite po teh žalostnih razmišljanjih? Na Imam dva argumenta – enega abstraktnega in temeljnega, še en bolj specifičen. Prvič, napredek na splošno ni eden S-krivuljo in veliko njih, kar tvori tako optimistiko slika:
Fotografija iz odprtih virov
V zgodovini letalstva lahko ločimo na primer:
Fotografija iz odprtih virov
In zagotovo smo na podobni točki v razvoju astronavtike. Da, zdaj je nekaj stagnacije in celo povratno gibanje je možno, a človeštvo je v svojih najboljših močeh se predstavniki prebijejo skozi steno znanja, nekje pa še ne Vidimo, poganjki nove prihodnosti se potrudijo.
Drugi argument so novice o razvoj jedrskega reaktorja za promet in energijo modul:
Fotografija iz odprtih virov
Najnovejše novice o tem projektu so bile poleti – sestavil prvo gorivno palico. Deluje, čeprav brez rednega oglaševanja, očitno se dogaja in človek lahko upa na nastop v v prihodnjih letih bistveno novega aparata – jedrskega vlačilca s ERD
Postcript
To so nekoliko neokusne misli, poimenovali jih bomo prva iteracija. Želim dobiti povratne informacije – morda sem kaj pogrešal ali je narobe določil pomen pojava. Kdo ve, morda po predelavi povratne informacije se bodo izkazale za vitkejši koncept ali pa ga bodo pripravile kaj zanimivega?
Avor: lozga
Vodni denar Luna Mars Rocket Roboti Sončev sistem
