bigdrum (bigdrum) wrote,
bigdrum
bigdrum

Category:

Немного о многоразовой космонавтике - 15

Предыдущие части: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14.



Ну что, попытаемся продолжить...

Итак, мы для себя выяснили несколько моментов. Первое. Летать в космос мы можем, но очень дорого и очень недалеко. Второе. Колонизировать другую планету представимым образом мы не можем, потому что этому препятствуют законы эволюции, потребные сроки а также невозможность существования в стабильной форме вырожденной биосферы, каковую мы можем перенести на планету с Земли. Третье. Создание изолированных поселений (города под куполом) путем переноса под них биосферы Земли (части биосферы) осложняется не только вырожденностью получающейся среды, но и компактностью ареала, каковая компактность ускоряет деградацию живого окружения. Четвертое. Ближайшая планета, которая нас может заинтересовать, находится вообще мы не знаем, где, во всяком случае не в Солнечной системе, а равновесие биологических процессов на Земле в последнее время стоит под вопросом, и вопрос этот приобретает все более и более пугающие черты. Короче - куда ни кинь, везде клин получается.

И вот во всем этом прекрасном наборе открывающихся перспектив нам нужно найти выход, который превратит космонавтику в область индустрии, и позволит в перспективе логичным образом включить космические (добытые в космосе) ресурсы сперва в технологический цикл самой Большой космонавтики, а затем, может быть - и помочь этими ресурсами планете Земля...

Ребята, вот эта вот задачка - это прекрасный пример того, с чем имеют дело конструкторы космической техники. Ничего нет, нихрена нет, ну то есть вообще голяк, вдобавок инвестор денег не дает, сука - и надо создать чудо такое, чтобы все ахнули. Причем нам в данном случае надо создать нечто такое, некую концепцию такую придумать, чтобы не просто впечатлить публику - для этого можно просто нанять клоуна - а дать результат. Илона Маска с его миллионом людей туда и не надо их возвращать нам не надо... Уголька мы должны дать, руды дать. Космической руды для космического будущего...



Перед нами непригодная для жизни агрессивная среда, миллионы и миллиарды километров пустоты, преодолеть которую мы не можем с энергетической точки зрения, и нам еще и денег не дают на это, все на войну забирают. И нам надо в этом жить, и в идеале - расселить там несколько миллиардов человек.

Ребята, вот и ответ.

Будущее за пустотной космонавтикой, за космонавтикой с нулевыми ресурсами.

Все дальнейшее является концепцией, и подобно всякой концепции - она несовершенна. Но концепция должна быть, верно? Вот мы концепцией и займемся. Перед нами, куда ни посмотри, лежит одно и то же - вакуум и невесомость. Безмерные пространства вакуума и невесомости. Преодолеть которые мы пока не можем. У нас нет ресурсов, нет технических возможностей - преодолеть все это. Значит, нужно это не преодолевать - нужно в этом жить.

Мы можем отправиться к Марсу, и на пути до Марса у нас будет вакуум и невесомость. Мы можем полететь к Юпитеру, к Плутону, к соседней звезде, в центр Галактики или за пределы Галактики - и везде мы будем встречать одно и то же. Вакуум и невесомость.

Решив задачу существования и функционирования в пустоте - мы решим задачу функционирования везде в космосе.

Наконец, если мы захотим высадиться на планету, условия на которой нам не подходят, и условия на которой являются уникальными (всякая планета уникальна), и мы к ним не готовы - нам потребуется метод выживания в таких условиях. И тогда мы построим там купол, и будем жить в нем так же, как жили в вакууме, попутно совершая вылазки и занимаясь всяческой ерундой снаружи вроде добычи ресурсов - потому что мы умеем жить в вакууме, умеем жить, когда ресурсов тупо нет.

Навык выживания при нулевой ресурсной базе, таким образом, является во-первых, ключевым, а во-вторых, универсальным в деле промышленного освоения космоса.

Если мы найдем интересующую нас планету, и попытаемся начать ее терраформирование - например, засевая искусственно созданными прокариотами - нам потребуется место, где мы будем жить и работать, пока не сможем спуститься на поверхность. И здесь навык пустотного существования также является ключевым. Колонизация планет начинается с умения жить вне планет.

Тут же наш мозг взрывается вопросом о вырожденной биосфере в искусственной среде обитания. Спокойно ребята, спокойно. Дойдем. Все по порядку.

Я отсылаю вас к удивительной книге французского врача и путешественника Алена Бомбара "За бортом по своей воле". Этот человек практическим экспериментом доказал (хотя доказывал совершенно иные идеи), что нульресурсное существование возможно. Да, он был в океане, и ресурсы черпал из океана. Но у нас с вами ситуация похожая. Как потерпевший крушение оказывается оторван от привычной ресурсной базы, плюс пребывает в непривычных условиях, и соответственно, не может использовать все возможности, которые ему океан предоставляет - так и пустотная космонавтика по определению не может полагаться на ресурсы с Земли, доставляемые грузовыми кораблями. Ален Бомбар в одиночку на резиновой лодке пересек Атлантику, и при этом у него не было ничего, кроме одного стандартного аварийного пайка. С точки зрения обычного потерпевшего крушение - это нульресурсное существование.



Существование в пустоте и вакууме.

С концептуальной точки зрения, как голая концепция - это возможно, это доказал Ален Бомбар. Ибо секрет пустотного существования заключается не в антигравитационных двигателях, и не в сверхскоростных звездолетах, а в одной простой мысли. 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. Бомбар отказался от стереотипов, изменил методы хозяйствования - и выжил.

Когда вы на автомобиле выезжаете в другой город - вы не хотите вернуться наза на велосипеде. Сейчас космонавтика именно так и построена. Взлетает огромная ракета, а назад прилетает фигня какая-то, чаще всего непригодная для повторного использования. Это хорошо для одиночной, уникальной исследовательской миссии, но это абсолютно не годится для хозяйственного процесса. Потому что специфика у нас такая, что проще ракету на старте распилить и на металлолом продать - получится больше материалов и средств, чем можно принести из космоса. Сама тема многоступенчатости - она возникла из энергетических ограничений. Ракета отбрасывает куски, которые больше не пригодятся, потому что иначе она лететь не сможет. Но хозяйственное освоение космоса не позволяет нам разбрасываться элементами конструкции.

Первый принцип пустотной космонавтики - не выбрасывается ни грамма.

Даже воздух из шлюза при выходе в открытый космос не стравливается за борт, а перекачивается в корабль. Потому как слишком мало воздуха-то...

Отказ от многоступенчатой схемы сразу порождает кучу вопросов. При взлете с Земли нужны мощные двигатели - но они не нужны в космосе, тащить их - значит напрасно жечь топливо, которого мало. Более того. В долгом полете к Марсу и назад конструкция корабля не будет испытывать ускорений, больших одного Же. По совести говоря - она будет испытывать в основном ускорения в малые доли Же. И потому с точки зрения прочности все силовые элементы конструкции - каркас, кронштейны, несущий корпус - они должны быть легкими, чтобы не жечь топливо. Настолько легкими, что корабль не вынесет старта с поверхности Земли. А уже у Марса нам потребуется некий челнок, чтобы опуститься на поверхность и вернуться, но опять же - он совершенно избыточен при полете назад.

Вы видите, какие нестыковки?

Идем путем Бомбара. Ломаем стереотипы. Меняем схему полета.

Челнок космос-поверхность на орбите Марса? Отлично. Пусть он там и остается, и пусть он там и будет. Мы еще не вылетели с Земли - а он уже нас там ждет. Корабль не выдержит взлета с Земли? Отлично, пусть он будет собран прямо на орбите. Собран, проверен, заправлен. Космонавты взлетают на земном челноке, переходят на марсианский корабль, летят на Марс, там работают с челноком, возвращаются в корабль и корабль возвращает их к Земле. На земной орбите они переходят на челнок космос-Земля, и возвращаются домой.

А марсианский корабль остается на орбите Земли, проверяется, ремонтируется, обслуживается, заправляется... Следующий экипаж прилетает в корабль и корабль во второй раз отправляется к Марсу. И марсианский челнок тоже используется для второй экспедиции...

Многоразовость.

Перейдя от схемы "один корабль - одна экспедиция" к схеме "один экспедиционный корабль - одна экспедиционная задача", мы каждый раз используем оптимизированный под конкретные условия полета технический объект. Он оптимизирован, он заточен, он делает только эту задачу - но делает ее лучшим образом. Один челнок Земля-космос, который возит материалы, космонавтов, собирающих остальные компоненты - он многоразовый. Один "междугородный автобус" Земля-Марс, тонкий, ажурный, легкий - он никогда не вернется на Землю, он много лет проживет в космосе, и там же и будет утилизирован, но - он совершит много полетов. Одна орбитальная станция на орбите Марса, носитель челноков, приемщик грузов с Земли, заправочный и ремонтный терминал в конечной точке полета. К станции этой будут годами приставать новые и новые экспедиции, с ее борта будут вестись наблюдения за Марсом. Эта же станция будет обслуживать орбитальную группировку марсианских исследовательских спутников, собирая научные данные в объемах, о которых сейчас ученые и не мечтают. Один космический танкер-автомат, курсирующий между орбитами Земля-Марс, и привозящий на марсианскую станцию топливо, воздух, воду, продукты, материалы и компоненты, оборудование. Один марсианский челнок, который, раз доставленный танкером (или доставленный в составе станции), никогда окрестностей Марса уже не покинет.

И все это - многократного использования.

Только так и никак иначе. Единожды доставленное в космос должно служить долго, полностью отрабатывая свою стоимость. Как модуль "Заря" на МКС, с которого, собственно говоря, МКС и началась.



По сути, переход к пустотной космонавтике как к иной парадигме, парадигме промышленного, системного освоения космоса, предполагает оперирование не миссиями, не одиночными экспедициями, а опорными пунктами. Опорными пунктами пустотного базирования. Каждая орбитальная станция - на орбите Земли, Луны, Марса, Венеры, Юпитера, Плутона, Альфы Центавра - становится опорным пунктом, отталкиваясь от которого, человек планирует деятельность. Мы мыслим не задачей полететь, сфоткаться и вернуться (если очень повезет, конечно), а задачей прийти и остаться. Нам нужен форпост. Нам нужна база. Как базовый (или скорее промежуточный) лагерь альпинистов - три палатки, но без них - смерть. А с ними - победа.

Задача долговременного функционирования сложных орбитальных комплексов требует пересмотра практики конструирования этих самых комплексов. Потому что на низкую околоземную орбиту можно, если что, срочно доставить новое оборудование вместо поломавшегося. А на Марс нельзя. Потому следующая задача - ремонтопригодность. Оборудование должно быть ремонтируемым, причем ремонтируемым силами экипажа. Да, оно должно быть надежным, но случись что - оно должно быть ремонтируемым. В этом смысле человечеству повезло. Потому что человечество располагает универсальным ремонтным роботом, этот робот есть, есть в количестве, и его производство давно освоено. Этот робот - человек. Так получилось, что в американской программе вопрос ремонтопригодности не рассматривается в принципе, там принцип простой, поломалось - выбрось. Историю Аполлона-13, в которой пришлось импровизировать, американцы вспоминают с ужасом, хоть и победили тогда. Но есть российская программа. Реанимация станции Салют-7. Пожар на станции Мир, после которого она была восстановлена. Это практический опыт, и в серьезном освоении космоса он необходим. С земной орбиты можно спрыгнуть на Землю, с марсианской уже не спрыгнешь никуда.

Пример.



3 февраля 1994 года, состоялся первый полёт российского космонавта на американском космическом корабле. Это был полет Сергея Крикалёва на шаттле «Дискавери», в рамках космического полёта STS-60.

На орбите у шаттла сломалась система вентиляции. У американцев была четкая инструкция: сообщить на Землю о поломке и ждать указаний. Пока в Хьюстоне решали, что делать, скопившийся в воздуховодах конденсат начал замерзать, надо было что-то предпринимать.
Крикалeв не хотел вмешиваться. Когда же астронавты спросили: "А как бы ты поступил?", Сергей ответил: "Починил бы". А затем взял - и починил...


Если на орбите Марса воздуховоды перекроет замерзшим конденсатом - наш опорный пункт накроется неблагозвучным русским словом. Полет шаттла в те времена начинался от полумиллиарда тогдашних американских долларов. Если бы в Хьюстоне не смогли решить проблему - нужно было бы срочно возвращаться, миссия была бы сорвана. Полмиллиарда (или больше) - в трубу. А на орбите Марса - это просто смерть.

Но американцам повезло - на борту оказался универсальный ремонтный робот марки "российский космонавт", который порешал, причем без инструкций и предварительного обучения...

Потому следующий принцип пустотной космонавтики - ремонтопригодность. То есть, любое оборудование должно быть доступно для ремонта. Это - изменение принципов дизайна космических систем внутри и снаружи. На паковать плотно-плотно, а располагать так, чтобы космонавт в невесомости с отверткой спокойно открутил бы, разобрал, почистил, смазал контакты и прикрутил на место.

Как только мы понимаем, что системы для пилотируемого освоения дальнего (для нас) космоса должны быть ремонтопригодны, тут же решается и вопрос с орбитальной сборкой. Потому что если что-то можно разобрать и потом собрать в космосе - значит, это можно и просто собрать в космосе. И мы сразу приходим к идее унификации объемов и модульном построении внутренних систем. То есть - все объемы марсианской станции, а также марсианского корабля-дальнобойщика могут быть одинаковыми и серийными. И уже на орбите внутри и снаружи них должно монтироваться нужное оборудование. Мы отказываемся от специализированных модулей уникальной архитектуры (ну может - пару-тройку артикулов стандартных нам потребуется) в пользу нескольких типовых "коробок", и уже по мере необходимости своими силами собираем внутри тот комплект оборудования, который нам необходим.

Кстати, американцы в Скайлэб этот метод опробовали, и вроде - получилось.



Как только мы приходим к идее универсальных модулей, комплекруемых оборудованием по необходимости, перед нами встает задача, как их собрать вместе. Сейчас всю механическую нагрузку несет стыковочный узел и несущие стенки корпуса. Это накладывает ограничения на размеры станции и ее массу. Переходя к несущим ферменным конструкциям (возможно из углепластиков, если хорошо себя покажут), мы разгружаем стыковочные узлы, и можем вокруг фермы построить, а при желании достроить или перестроить, очень большие комплексы. Нам потребуются монтажные работы в космосе. Впрочем, это уже не то, чтобы освоено (в таких масштабах еще нет), но по крайней мере - опыт есть. Говоря о межпланетном перелете или орбитальном полете, мы можем отказаться от жестких баков для топлива, и использовать "надувнушки". Многослойный бак, внутри которого топливо, в промежутке - вытесняющий газ, внешние слои - теплозащита и защита от микрометеоритов. Свернул, кинул в ракету-носитель, запулил на орбиту, на орбите вынул, развернул, закрепил на конструкции, подсоединил трубопроводы. Опять же - такая конструкция топливных баков теоретически позволяет использовать опустевшие за время полета баки уже возле Марса для усиления противометеоритной защиты марсианской станции. Разрезали по заранее подготовленной линии, укрепили сверху на обшивке станции - радуемся, как дети малые.

Ни грамма не выбрасывается в космос просто так.

Нужно понимать, что это не изолированные какие-то идеи - это индустрия.

Поскольку в межпланетном перелете испытываемые конструкцией ускорения минимальны, и мы понимаем, что это неминуемо, ибо чем выше удельный импульс - тем ниже тяга, наш космический корабль-дальнобойщик будет представлять из себя фактически орбитальную станцию, к которой приделали двигатели. И это выдвигает новую идею. Двигательная установка может быть сменной.

Поставили мы на наш корабль ионные двигатели, мы слетали пяток полетов - а тут следующие двигатели сделали, лучше прежних. Что, весь корабль выбрасывать? Нет, открутили старые двигатели, прикрутили новые. Старые, возможно, если ресурс позволяет - отправили на лунную станцию, на марсианскую - туда где пригодятся. Хотя бы и в качестве ЗиПа. В танкер-автомат засунули и отправили.

Модульность. Стандартизация. Повторное использование. Серийность. Ремонтопригодность. Специализация собираемых функциональных единиц.

Когда Колумб открывал Америку - у него была одна каравелла и две каракки. Обычные коммерческие суда. В те времена на этих кораблях перевозили все - и зерно, и золото, и вина, и масла, и металлы. Универсальные корабли были. Но если посмотреть сейчас на морские просторы, можно увидеть очень разные корабли. К примеру, рудовозы и зерновозы - они разные. Груз насыпной, но перевозится по-разному и разное оборудование используется. Потому что это коммерчески выгодно и эффективно. Если сейчас морской товарооборот США перевести на каравеллы Колумба, или даже на сухогрузы времен начала 20-го века... Ну, вы поняли. Перенос сборки космических систем в космос позволяет перейти от каравелл к балкерам и роллерам, понимаете?

Не универсальные системы - заточенные системы. Собираемые под конкретную функцию, и выполняющие ее максимально эффективно.

В космосе нельзя иметь ничего лишнего.

Уже панорамка открылась, верно? Оставлю вас погрезить немного. Думаю, вам будет приятно получить наслаждение ума от додумывания концепции. В следующей части мы будем рассматривать ее более конкретно на примере системы Земля-Луна.

Будет интересно, обещаю.

И кстати заметьте - теперь стало абсолютно ясно каким местом эта тема - межпланетных полетов и колонизации планет - к многоразовости в космонавтике, верно?
Tags: Автостоп и дальнобой в космосе
Subscribe

promo bigdrum февраль 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 

  • 3 comments