О межпланетных путешествиях с калькулятором в руках

Хочу сразу предупредить расчёты не точные. и даже не приблизительные. расчёты контурные.

Начнём с целей и пусть их будет две - "прграмма минимум" и "программа максимум":

Минимум это марс. ну по здравом размышлении делать там особо нечего да и как база для полётов он никуда - хуже земли - и на взлёт топливо и на посадку а на земле хоть на посадке экономия а преимущество несколько более слабой гравитации напрочь сьедается глубоким вакуумом вместо атмосферы. но вот пояс астероидов находящийся сразу за марсом как источник минеральных ресурсов для строительства орбитальных баз очень даже заманчив тем более что удобный астероид сам по себе орбитальная база - для того чтобы на него приземлиться или взлететь с него тратить энергию не надо. а с учётом того что астероиды это осколки планеты то удачный астероид если он окажется фрагментом ядра погибшей планеты может иметь запредельные по геологическим меркам концентрации металлов в том числе тяжёлых и редких.
чтобы туда добраться надо преодолеть расстояние порядка 100 миллионов километров.

Максимум это сатурн. ну не сатурн конечно (хотя и там можно что нибудь замутить дирижаблеподобное там сила тяжести как на земле но первая космическая скорость 25 км/с пока не по нашим силам) а титан - его спутник. там атмосферное давление - можно без скафандра. атмосфера очень обьемная - обеспечивает бесплатную посадку а с учётом того что сила тяжести как на луне там на орбиту может выйти обычный турбореактивный самолёт причём на одной заправке он может это сделать многократно. конечно это будет не обычный самолёт. во первых заправлять его надо будет кислородом так как атмосфера там фактически из топлива а во вторых крылья большие не нужны изза маленькой силы тяжести а скорость взлёта посадки может быть очень маленькой что кстати пригодится при посадке на неподготовленную поверхность. да что там самолёт - там человек просто на мускульной силе и с небольшими крыльями из фанеры может летать. ну оставим лирику. полезность титана в обилии легких элементов которые нам как органической форме жизни очень даже нужны ну и как сырьё для различных пластиков. характерное расстояние в этом случае 1000 миллионов километров.

И эти расстояния нам необходимо преодолеть за время значительно меньшее среднего времени жизни человека так как технологии анабиоза нам пока не доступны.

всякие кротовые норы, эффекты виртуального вакуума и фотонные звездолёты рассматривать не будем оставим это в мечтах энтузиастов. посмотрим на нашу синицу в руках и подумаем что от неё можно добиться при должном старании. начнём с движителей. вариант у нас один - реактивные - других не придумано. химические, хоть и удобны тем что не нуждаются в источнике энергии и имеют большую тягу, характеризуются очень низкой скоростью реактивной струи поэтому для полётов на такие расстояния фактически непригодны. конечно они нужны для того чтобы поднимать компоненты корабля на орбиту для взлётно-посадочных модулей если мы всё таки соберёмся на марс и как маневровые. поэтому наш выбор - ионные. современные ионники дают скорость реактивной струи до 50 км/с. википедия оптимистично рапортует "В августе 2019 года очередной прототип VX-200SS продемонстрировал тягу в 5,4 Н (540 граммов тяги) на мощности 200 кВт и при удельном импульсе в диапазоне от 50 до 300 км/c, на порядок больше ионных двигателей"
но в реальности скорости реактивной струи больше 200км/ч нам особо то и не нужны. почему? - будет понятно из дальнейших рассуждений.

ну теперь оценим массу которую нам надо доставить. имхо 10 тонн. жизнеобеспечение даже с учётом рециркуляции не только воды но и какой то части еды (те же вертикальные фермы илона маска например) плюс корпус с хоть какойто защитой от радиации минимальная мебель системы связи да ещё это всё надо будет закрутить для обеспечения искуственной гравитации так как человеческий организм в невестомости теряет функциональность а на марсе например нет врачей и реабилитационных центров где космонавты могли бы отлёживаться и тренироваться до нормальных кондиций. да ещё сами двигатели хоть и небольшие но ещё надо иметь и запасные плюс энергоустановка причём тоже с как минимум дублированием так как она будет ядерной а такое не починишь только менять. можно конечно как энергоустановку использовать солнечные батареи. всего лишь гектар дал бы нам с запасом стабильный 1 мегаватт на котором уже можно потихоньку хромать но управляться с этим гектаром при манёврах тоска и вес под вопросом.

да и вообще предлагаю абстрагироваться от типа двигателя и типа энергоисточника.
будем считать что есть машина создающая реактивную струю скоростью 100км/с с кпд около 100% и есть теплогенератор с тепловой машиной с кпд 50%(такой кпд характерен для всех более менее технологичных тепловых машин).

начнём с марса и считать начнём с обратного конца - торможение на подлёте к земле. будем считать что нас устраивает время полёта в одну сторону порядка 100 дней. средняя скорость 10 км/с для этого нам надо разогнаться до 20 км/c до а потом развернуться и начать тормозить до 0. значит за 50 дней нам надо сбросить с 20 км/с до 0. для 10 тонного корабля изменение мпульса будет 20000м/с * 10000кг = 200 млн. чтобы получить такой импульс в реактивной струе со скоростью 100 км/с нам соответственно надо будет израсходовать 2 тонны рабочего тела. значит на момент начала торможения вес корабля 12 тонн. но для того чтобы нам разогнать эти 12 тонн от марса нам соответственно понадобиться ещё 2.4 тонны рабочего тела то есть на старте от марса корабль весит 14.4 тонны. округлим до 15 тонн с запасом. и чтобы доставить эти 15 тонн с земли до орбиты марса поднадобиться на торможение перед марсом соответственно 3 тонны рабочего тела то есть на момент начала торможения перед марсом у нас будет масса корабля 18 тонн. ну и соответственно чобы эти 18 тонн разогнать с орбиты земли нам понадобится ещё 3.6 тонны рабочего тела. итого на старте наш корабль 21.6 тонн. округлим всё до 25 тонн полюбому у нас будут расходные материалы и незапланированные расходы рабочего тела. теперь по энергии. максимальный расход рабочего тела и энергии соответственно будет на старте. чтобы 25ти тонный корабль разогнать до 20км/с за 50 дней, за день его импульс должен увеличиваться на 25000*20000/50=10000000. в сутках 100000 секунд значит в секунду импульс изменяется на 100. чтобы он изменялся на 100 в секунду при скорости реактивной струи 100км/с нам надо расходовать 1 грамм в секунду (0,001кг*100000м/с=100). чтобы разогнать этот грамм до скорости 100 км/с нам понадобится энергия (тот самый мвквадратпопалам) 0,001*100000*100000/2=5 000 000 Дж в секунду. и это 5 МегаВатт... однако...
помните вначале писал что 200км/ч скорости реактивной струи это ни к чему? вот именно поэтому. при такой скорости струи нам для разгона грамма понадобится уже 20 МВт такие мощности имеют силовые агрегаты ранних АПЛ а там всё гораздо лучше чем в космосе. и лучше чем в космосе одной простой вещью - рассеиванием тепла. в воде тепло уходит легко и непринуждённо а вот в космосе тяжко и мучительно. а тепло нам надо утилизировать потому что у нас работает тепловая машина и кпд её 50% (и это оптимистично) так что те же 5Мвт у нас на ней образуются в виде тепла и его надо рассеять. рассеивать тепло в космосе можно только одним способом - излучением. чтобы излучать нужна площадь с которой излучение будет рассеиваться. 1000 квадратных метров в принципе можно скомпоновать с учётом того что наш корабль будет находиться исключительно в невесомости. при таких раскладах с квадратного метра нам надо рассеять 5 киловатт энергии. по закону стефана-больцмана чтобы достичь такого уровня излучения тело должно иметь температуру 560 градусов кельвина или 300 градусов цельсия. и на этой температуре рабочее тело тепловой машины должно конденсироваться. в принципе можно залить и воду но тогда давление в рабочем контуре должно быть под 100 атмосфер. а это тяжелые трубы тяжелый кожух и повышенный риск прорыва.
недаром даже АПЛ пытались перевести на жидкий металл - такие давления аварийноопасны. но им то было проще они переводили только первый контур он у них чисто жидкий без пара но и всё равно жидкий металл оказался настолько химически агрессивным что изза многчисленных аварий от пректа отказались. а вот у нас нужен пар потому что контур у нас один по определению. вобщем этот вопрос открыт. наши гдето чёто пыжились над ядерной силовой установкой мегаватного класса для космоса но от них никаких новостей давно нет. пусть будет вода под давлением. кстати ещё одна опасность - её замерзание в контурах охлаждения хотя это конечно врядли с учётом тепловой нагруженности установки но вот выключать её будет нельзя.

вобщем вывод по марсу и поясу астероидов имхо удовлетворительный - ничего запредельного все технологии доступны есть зазоры - можно увеличить площадь теплоизлучателей можно снизить скорость реактивной струи тогда просто надо будет больше рабочего тела поднять на орбиту можно увеличить сроки полёта всё это смягчит требования к силовым установкам и удешевит их. конечно спецы скажут что если запускать в удобные моменты расположения земли и марса и с учётом скорости земли и орбитальной скорости корабля все требования упадут на порядок но хочется всё таки не зависить от космических времён года да и марс в конце концов это не цель. цель свободный полёт по всей внутренней солнечной системе в любое время.

с сатурном всё гораздо хуже...
начнём по аналогии средняя скорость уже нужна 100км/с. максимальная скорость 200км/с. на торможении изменение импульса 2000 млн. расход рабочего тела 20 тонн. для разгона от сатурна 30 тонн до 200км/с надо уже 60 тонн. соответственно на торможение перед сатурном 90 тонн нужно 180 тонн. и от земли стартует корабль около 1000 тонн. и энергия для того чтобы нам такой корабль вести по нашему графику нужна уже 200 мВт. и просто чтобы расеять теплоту которая будет образовываться на тепловой машине надо подобрать рабочее тело с температурой конденсации 1000 градусов Цельсия что проблематично. не говоря уже о массогабаритных характеристиках силовой установки.
первое что приходит в голову конечно смягчить сроки. 200 дней вместо 100 и стартовая масса 500 тонн. 100МВт и температура охладителей 800 градусов. не намного лучше но тут хоть чтото относительно реальное. в конце концов МКС весит больше 400 тонн её же вывели на орбиту. но тут уместно вспомнить что летим то мы не на сатурн а на титан. а он очень удобен именно как база - бесплатная посадка и ненапряжный выход на орбиту. и на его поверхности уже готовое глубоко охлаждённое и сжиженое рабочее тело для ионных двигателей. вобщем есть вариант лететь с рабочим телом "в одну сторону" а дозаправиться там. тогда всё несколько проще - дней оставим всё таки 200 средняя скорость 50км/с максимальная 100км/с. для торможения 10ти тонного корабля нам понадобится 10 тонн а для разгона от земли 20ти тонн ещё 20 тонн рабочего тела итого 40 тонн. практически это тот же корабль что мы расчитывали для полётов на марс вполне себе реальный и неперенапряжёный только на него надо будет навесить в два раза больше двигателей и в два раза увеличить мощность энергоустановки. конечно такой полёт очень рискован но в конце то концов ктото готов лететь на золочёном ведре маска на марс в одну сторону просто безвозвратно. вернее он рискован пока там нет базы то есть первый раз.
досаточно иметь на поверхности титана реактор (охлаждать его не просто а очень просто - там озёра из метана и это наверное будет уникальный реактор - его рабочие температуры будут ниже нуля градусов Цельсия) который будет готовить топливо для взлётно-посадочного модуля расщепляя воду или лёд из углекислого газа или ещё какой нибудь оксид. а взлётно посадчный модуль приоготовит для межпланетного корабля на орбите запас рабочего тела заранее.

конечно можно использовать такой же принцип и для полётов на луну и марс. но только если там найдуться вода или углекислота в больших количествах.
ну и проблемы посадки по цене взлёта, охлаждение реактора только излучением, необходимость использовать ракетные а не турбореактивные двигатели, и самое главное глубокий вакуум вместо привычного атмосферного давления на титане никто не отменял.

Хера ты заморочился... еле осилил

Тебе сейчас дядю с ковром повесят.

Пиши чаще, не копи в себе

Много не читал, просто лайкнул.

Хуяссе, расчёты.

ТС, ты это, рассчитывай ещё.
Интересно было прочитать.

прикольно.... оформить бы по нормальному и статья в журнальчик готова

Меня вот один вопрос интересует: если скорости больше скорости света нет, то какая скорость будет у света, если я буду им светить из движущийся машины?

Все гораздо было проще

Я думал ты симулятор космического полета на эту штуку загрузил.

нормуль, хоть и много - прочитал, даже не в напряг. Пиши еще

Писатель, у тебя запятые совсем закончились?
Ну что за издевательство над читателями?!

По Марсу. С одной стороны слабая гравитация и разреженная атмосфера, при этом слабая гравитация облегчает, а разреженная атмосфера затрудняет полет для реактивных двигателей. С другой стороны - это позволит построить длинную разгоночную трассу к примеру на 50км вверх и длиною км на 100 - построить такую длинную гору, которая из-за малой гравитации не будет проваливаться в земную кору и из-за разреженной атмосферы не будет ощутимого трения и можно хорошо разогнать капсулу и в конце пути "выстрелить" ею в космос, при этом топлива почти и не нужно будет на самой капсуле расходовать на поднятие, т.к. разгон капсулы будет осуществляться по рельсотрону электромагнитным путем...как-то так. Вобщем, малая гравитация и разреженная атмосфера с одной стороны не очень - для реактивного подьема груза, а с другой стороны очень даже хорошо для рельсотронного поднятия груза, но придется соорудить огромную гору - разгоночную трассу. То-же самое можно на Луне сделать.

Размещено через приложение ЯПлакалъ

Человек, это паразит на Земле. А уж в космосе и тем более на других планетах
паразит вдвойне. Вселенная, как любой организм, защищена от проникновения
инородных тел.
Сколько денег вбухали страны в космонавтику, а на выходе практически ноль.
Про спутники не упоминаю, это все земное.

разреженная атмосфера просто запрещает использование турбореактивных. только ракетные. а разгонные конструкции конечно да в вакууме удобно и хорошо но во первых это большой обьём работ что позволить мы сможем себе нескоро. а во вторых зачем? зачем нам вообще на марс? жизнь искать? да нафига нам это с практической точки зрения? нам надо расширять жизненное пространство и ресурсную базу. марс в этом плане ниочём. металлы легче искать в поясе астероидов и никаких взлётов/посадок там не надо там причаливание. легкие элементы их во первых на марсе ещё поискать а во вторых мне кажется легче с титана притащить чем садится на марс на ракетном двигателе с запасом топлива на взлёт с грузом. я уже сегодня много насчитался лень это обсчитывать но наверное это будет ракета как сатурн-5 не меньше. и кстати легкие элементы можно добыть ещё одним способом - причалить на пролетающую комету и нагрузить сколько получится увезти.

нам на титан надо - как база он просто прелесть. посадка планированием тяжесть как на луне давление атмосферное. идеальный сборочный цех для космических аппаратов - материал из пояса астероидов поднимаем на орбиту турбореактивными тягачами. есть конечно и недостатки - холодно и мало света - растения на еду только под искуственным освещением.

согласен что разум это плесень мироздания. если мы сможем закрепиться в этой вселенной то она за несколько миллиардов лет изменится до неузнаваемости. но почему Вы считаете что к худшему? конечно люди начнут собирать энергию а не давать ей улетать в пустоту и звёзды перестанут быть видимыми но зато не будут допускать сваливание энергии и вещества в чёрные дыры что с другой стороны как бы и положительно. в любом случае даже наперёд известное отрицательное влияние человечества на вселенную не повод свершить тотальное самоубйиство отказавшись от экспансии и тихо проедая ресурсы земли

Не, я конечно почти нихрена не понял, но уважуха!!!!!
Афтар пеши истчо!!!!!!!

Аффтор ты забываешь что к примеру всякие станции к сатурну разгоняли не за счет движков, а за счет гравитации и траектории пролета, так что твои расчеты в помойку...

С точки зрения неподвижного наблюдателя луч из твоего фонарика будет светить со скоростью света, с твоей точки зрения луч так же будет светить со скоростью света хоть по ходу движения, хоть против хода. Даже если ты будешь двигаться со скоростью 99,9999% от скорости света вышеописанное никак не изменится. Изменятся только показания на предварительно синхронизированных часах у неподвижного наблюдателя и тебя. В этом то и состоит "фишка" фотона, для него по сути нет времени, можно сказать, что он со своей точки зрения достигает любой точки пространства мгновенно.

я уже писал что спецы будут говорить что можно всё оптимизировать в разы если подгадать момент и расчитать траекторию.

PS кстати а Вы что готовы лететь в один конец 5 лет как на Вашей схеме? по мне и год многовато...

У него ещё и все большие буквы усохли к тому же. Болели в детстве, наверное.

такая же - закон теории относительности)))

Такая же и будет. Парадокс, но так.

Размещено через приложение ЯПлакалъ