bigdrum (bigdrum) wrote,
bigdrum
bigdrum

Category:

Немного о многоразовой космонавтике - 12

Предыдущие части: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11.



Тут народ раздухарился по поводу американских планов строительства станции возле Луны. И я сильно-сильно смеюсь. Почему?

Сразу же возражение. Зайцы-топтуны - ни разу не гонимые пеликаны, а Земля - не Луна, и характеристики орбитальной станции долговременного использования для Луны должны быть совершенно иными, нежели характеристики для околоземных станций. Однако чтобы это понять - мы должны будем принять простой факт.

Просто так станция возле Луны, или "поселение" на Марсе нахрен никому не нужны.



Я хочу напомнить вам один простой факт. На североамериканский континент плавали еще викинги, у них там были поселения, и это занимало определенный исторически значимый промежуток времени. Если бы викинги были умнее, они открыли бы переселение на североамериканский континент для европейцев, и заработали бы на этом бабла. Но - они зажали малину, и получилось ни себе, ни людям - человечеству пришлось ждать Колумба.

И да - в смысле космонавтики это плевок в сторону американской администрации.

Когда "Колумб Америку открыл, великий был моряк", там было основано поселение. Там жили гордые англосаксы. Но жили они несчастливо и недолго - в период зимних штормов, оторванные от берегов владычицы морей старой доброй Англии, они все передохли. Совсем все.

Для того, чтобы по-настоящему освоить североамериканский континент, потребовалось изменить социальную организацию общества, систему административных и экономических связей, методы хозяйствования, уйти от национального принципа формирования населения, и только в этом варианте получилось появиться США и Канаде. Центральная и Южная Америки - там теплые моря, щедрая природа, много золота и большой товарообмен с метрополией, там можно было поиграться в классическую колониальную систему на подножном корме и выгодном товарообмене. И мы видим результат - государства Латинской и Южной Америки, созданные ведущими странами своего времени, до сих пор относятся если не к третьему, то ко второму миру точно. Отсталые они. А вот Северная Америка - она выросла из людей, которые создали новые социальные, логистические, экономические и технологические решения...

МКС - это как колония на Канарских островах. Близко, комфортно, престижно, пафосно. Уже Луна - это примерно как Лонг-Айленд. Еще не американский континент, но уже сложно, трудно, дорого и само по себе бессмысленно. Не имея плана по использованию Лонг-Айленда в качестве опорной точки к колонизации Североамериканского континента - не имеет смысл его осваивать, есть острова подешевле и поприятней. Давайте посмотрим на проблему Луны в контексте освоения "континента", хорошо? Включим голову, подумаем, пофантазируем... Это не важно, что мы не академики.



Сама по себе колонизация Лонг-Айленда, вне комплексной стратегии по колонизации лежащего за ним континента, лишена смысла.

Первое, что нам надо понять. Когда мы читаем фантастическую книжку, где звездолетные армады бороздят просторы Большого театра - мы имеем проекцию. Люди освоили Землю, создав флот и передвигаясь по морю. И вот этот вот шаблон мы переносим на Космос. Типа создадим звездолет покруче, побыстрее - и все нахрен покорим к едрене фене, навсегда и окончательно. Мы используем стратегию колонизации, которую Британия применяла на островах, и распространяем ее на континент, понимаете? Действительно, если бы у нас был супердешевый способ преодолевать межпланетные пространства, мы бы, как говорится, ух - но суровая правда жизни заключается в том, что в обозримом будущем мы такого способа не получим, и соответственно, строить свои прожекты должны из совершенно других установок. Мы находимся в положении Англии 15 века, перед нами необозримые просторы, и абсолютное отсутствие реалистичных представлений о том, как надо действовать - при полной убежденности, что мы все знаем и самые умные.

Давайте посмотрим сперва с точки зрения наших шаблонов из фантастических книжек, что мы имеем. Чем располагаем. На чем думаем бороздить. При таком рассмотрении мы увидим все узкие места нашей стратегии и убедимся в ущербности нашей парадигмы. Пострадает только наша самоуверенность - но пусть она пострадает сейчас, чем потом, когда мы вложим огромные средства и похороним свое первое поселение на "континенте"...

Итак, первое, чем мы располагаем - это химические ракеты.

Химическая ракета - это тепловая машина. Цикл Карно (точнее совсем не Карно), адиабатическое расширение, переход тепловой энергии в кинетическую. Будучи тепловой машиной, химическая ракета предусматривает горение. А горение, как локальная реакция, сопровождающаяся сильными изменениями качества горящей смеси - она нестабильна. Чем больше объем сгорания и интенсивность горения, чем выше объемы горящих материалов и скорость их поступления, тем острее стоит проблема равномерного смешивания, а также проблема автоколебаний. А там где автоколебания - там скачки плотности, детонация, взрывы. Нельзя построить очень большой химический двигатель, он не будет устойчиво работать, а в тех режимах, в которых он будет устойчивым - он будет обладать низкими параметрами.

Существует определенная оптималь геометрических размеров и параметров горения топлива, сопряженная с оптималью расхода продуктов горения через сопло, в которой мы имеем с единицы сгорания максимальный результат - и мы эту оптималь уже достигли. Не зря все мощные ракетные двигатели имеют небольшую камеру сгорания, просто увеличив размеры таких двигателей - мы просто создадим условия, в которых произойдет детонация и взрыв. Нельзя сделать сопло бесконечно большого размера. Помимо бессмысленности, это превратит реактивную струю в автоколебательную систему, струя станет нестабильной. Мы достигли оптимали.

Кроме того, реактивный двигатель - это тепловая машина. Энергия реактивной струи берется из энергии сгорания, а она для пары веществ топливо-окислитель не зависит от двигателя, она константа. Это значит, что выше определенного удельного импульса мы не поднимемся, и определенный расход топлива у нас будет всегда, и ниже уже никак. Определенные надежды возникают в отношении детонационных двигателей, но во-первых, их еще надо сделать, так чтоб серийно и надежно, а во-вторых, они все равно не выходят за рамки энергетических ограничений.

Выше головы не прыгнешь.

Параметры химических двигателей таковы, что запустить автоматическую станцию к едрене фене мы еще можем, а вот отправить человека пусть даже и к соседней планете - уже нет. Количество тонн, потраченных на экспедицию с использованием химических двигателей, будет огромным, и каждая такая тонна - она больших денег стоит. То есть Большой Космос на химических ракетах - это бред.

Ядерные ракеты.

Разрабатывавшиеся с 60-х годов. Источник тепла - ядерная реакция, то есть теоретически нет предела совершенству. Из трех вариантов реактора - твердофазного, жидкофазного и газофазного - реализуемым пока что выглядит только твердофазный. Как поддерживать критичность в жидкофазном, а тем более газофазном реакторе - это вопрос вопросов. Особенно это касается ядерных ракетных двигателей с кипящим слоем. Насколько это решение хорошо и радикально? Да чуть более, чем чуть.

Учитывая необходимость поддержания целостности и структурных параметров активной зоны реактора, а также параметры современных конструкционных материалов, прирост удельного импулься, конечно, есть - но он не такой большой, как хотелось бы. Нельзя раскалить активную зону сильнее, чем температура плавления ее элементов. К Марсу и Венере слетаем, тут без вопросов - но вот дальше уже нет. Кроме того, ядерный двигатель - это ядерный реактор, а ядерный реактор обладает несколькими очень хреновыми качествами.

Первое - глубина выгорания топлива у ядерного реактора невелика. В рабочем режиме он может протянуть год, ну - несколько лет (зависит от заложенных в конструкцию параметров). Но любое увеличение продолжительности работы реактора требует специальных конструктивных решений, что увеличивает его массу. Короче - если гидразин в баках Пионера пережил десятилетия, то вот с реактором такого не получилось бы ну никак. Вышел бы реактор за допустимые параметры по составу ядерного топлива, и перестал бы работать - или взорвался бы.

Второе. Обычный двигатель, если конечно это предусмотрено конструкцией, можно включать и выключать по желанию. Реактор в процессе изменения мощности изменяет параметры радиационного поля активной зоны, и на некоторых режимах в нем начинаются накопления нехороших изотопов (ксеноновая яма), что уже продемонстрировала Чернобыльская АЭС. То есть - если мы используем реактор, нам его надо включить на год, грубо говоря. А потом выключить на неделю или месяц. И не включать в этот период, бо рванет. Это может быть - особенно в сочетаниями с аккумуляторами и солнечными батареями - нормально, когда реактор используется в качестве энергетической установки, но это ненормально, когда нам надо совершать маневры двигателями.

Короче - так себе.

Третье. Электроракетные двигатели. Ионные, плазменные, дуговые. В этих двигателях кинетическая энергия сообщается рабочему телу, минуя стадию электрической. То есть в случае ядерной установки примерно так: ядерная - тепловая - кинетическая - электрическая - тепловая+кинетическая. Реально достижимы крайне высокие значения удельного импульса. Но тут мы сталкиваемся вот с какой хренью, ребята. Энергия - это (m*v^2)/2, а импульс - это m*v. Короче, чтобы нам увеличить удельный импульс (и соответственно, характеристическую скорость ракетной системы) в два раза - нам нужно в четыре раза больше энергии. Именно потому все электроракетные двигатели обладают крошечной тягой, применимы лишь в космосе, и эффект от их применения заметен лишь с течением времени. А кроме того - они требуют источника энергии. Вспоминаем про глубину выгорания топлива в ядерном реакторе и грустнеем. Ядерно-ионный комплекс может долететь до Марса, может до Юпитера, но вот дальше...

Источником энергии для ионного корабля может служить лазерный луч, направляемый с Земли и питающий солнечные батареи. Представим себе солнечную электростанцию типа "солнечная башня", в которой вместо разогрева соляного раствора происходит непосредственная накачка лазера, представим себе много таких электростанций, причем не на Земле - а на Луне (по понятным причинам) и все становится более-менее терпимо. Лазером мы светим на наш корабль, питая его батареи - и корабль летит. Но - во-первых, здесь нам требуется уверенное и серьезное освоение Луны (то есть мы осваиваем "Лонг-Айленд" в контексте стратегии по освоению "континента", целенаправленно и долго, упорно и акцентированно), а во-вторых - нам потребуется международное сотрудничество, потому что потянем мы такой проект только всем миром - и это вопрос еще, потянем ли.

Опять же - и астероид какой спалить можно такой системой, если она разовьется достаточно сильно.

Экзотические проекты - ядерные детонационные и термоядерные двигатели - оставим на совести фантастов, как и фотонный двигатель. Там же оставим и солнечные паруса, сложности изготовления и эксплуатации которых растут нелинейно пропорционально требуемым эксплуатационным параметрам. И всякие антигравы тоже оставим именно там.

Вот уже тут, уже в этой точке мы понимаем, что серьезное освоение Луны - ключ к серьезному освоению Солнечной системы. И если МКС мы просто делали, чтоб туда особо отмороженные чуваки летали за особо большие деньги - то с Луной так не получится. Луна - это или серьезно, или никак.

Нам требуется соверешнно иная парадигма в части энергетики космических полетов, если мы хотим летать далеко. Область низких орбит прекрасно решается химическими ракетами, но уже к Луне это становится крайне дорого. А к Марсу, если речь не идет о в значительной степени имиджевом проекте по отправке туда детской радиоуправляемой игрушки, а о доставке тонн и тонн грузов, уверенно, постоянно и в течении длительного времени - нам химические ракеты уже не годятся. Совершенно. Может, сгодятся ядерные, но это тоже не панацея. Освоение Луны на промышленном уровне, которое позволит превратить ее в энергетический центр для серьезных межпланетных полетов - это тот шаг, мимо которого мы не пройдем ну никак.

Только изменение методов хозяйствования, логистики, общественных отношений и социальных приоритетов позволит нам совершить скачок в космосе, подобный тому, который произвели при освоении Североамериканского континента следопыты, колонисты, переселенцы.

Потому что иначе эта проблема не решается в принципе.

В следующей части мы продолжим, у нас будут многия вкусности. Я уже знаю какие, вам понравится.

Вы только памперсы заготовьте, на всякий случай, хорошо?
Tags: Автостоп и дальнобой в космосе
Subscribe

promo bigdrum february 17, 2019 22:31 6
Buy for 10 tokens
На мейл-ру пролетела очередная "желтая" новость, коих не счесть. Касательно контактов с инопланетянами. В силу чего, втыкая по причине небольшой эмоциональной раздолбанности, я вот тут вдруг решил взять и откомментировать это дело. Да, ребята! МЫ БУДЕМ ГОВОРИТЬ ОБ НЛО, ПРИШЕЛЬЦАХ…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 11 comments