Foto aus offenen Quellen
Während des gesamten 20. Jahrhunderts haben Science-Fiction-Autoren viel und talentiertes darüber geschrieben Weltraumforschung. Die Helden von “Hiusa” gaben der Menschheit Reichtum Der Uran-Golconda-Pilot Pirks arbeitete als Kapitän des Weltraums Massengutfrachter, Containerführerführer gingen durch das Sonnensystem und Massengutfrachter trumpft, und ich spreche nicht über die ganze Mystik des Reisens mysteriöse Monolithen.
Das 21. Jahrhundert entsprach jedoch nicht den Erwartungen. Die Menschheit steht schüchtern da Flur des Kosmos, nicht dauerhaft jenseits des Irdischen ausgewählt Umlaufbahnen. Warum es passiert ist und was für diejenigen zu hoffen ist, die möchten Lesen Sie die Nachrichten über die Steigerung des Ertrags von Marsapfelbäumen?
Geiger wird nicht benötigt
Das erste Paradoxon, dem wir begegnet sind, ist, dass der Mensch nicht das meiste ist geeignetes Thema für die Weltraumforschung. Science-Fiction-Autoren Wer Weltraumexpeditionen erfand, konnte sich nur darauf verlassen über die historische Erfahrung der Pioniere der Erde – Seeleute, Polarforscher, die ersten Flieger. In der Tat als scheinbar Wird sich die Eroberung des Mars von der Eroberung des Südpols unterscheiden?
Sowohl hier als auch da ungeeignet für das Leben ohne vorherige Vorbereitung Umwelt müssen Sie Vorräte mitbringen, und außerhalb des Schiffes oder zu Hause Sie können nicht ausgehen, ohne spezielle Ausrüstung anzulegen. Aber Science Fiction und Zukunftsforscher konnten die Entwicklung der Elektronik nicht vorhersagen und Robotik und Forschungsroboter werden normalerweise in beschrieben anekdotische Vene:
“Ich musste mich eine halbe Stunde von dem Brief lösen und zuhören Wehklagen meines Nachbarn, des Kybernetisten Shcherbakov. Sie wahrscheinlich Sie wissen, dass es nördlich des Raketenrennens einen Grand gibt unterirdische Anlage zur Verarbeitung von Uran und Transuraniden. Leute Arbeit in sechs Schichten. Roboter – rund um die Uhr; wunderbar Maschinen, das letzte Wort der praktischen Kybernetik. Aber wie sie sagen Japanisch fällt auch ein Affe von einem Baum. Jetzt komm zu mir Shcherbakov, wütend wie die Hölle, und sagte, dass die Bande dieser mechanischen Idioten (seine eigenen Worte) zogen heute Abend einen von große Erzdepots, die es offensichtlich als ungewöhnlich reich ansehen Kaution. Roboterprogramme waren anders, also am Morgen Ein Teil des Lagers befand sich in den Lagern des Raketenwerfers, ein Teil – am Eingang zu geologisches Management, und ein Teil davon ist im Allgemeinen unbekannt, wo. Suchen los. ”
Keiner der bekannten Autoren vermutete jedoch, dass sich der Roboter in der Entwicklung befindet Raum hat viele Vorteile gegenüber Menschen:
Im Gegensatz zu Menschen benötigt ein Roboter nur Kraft und Gewährleistung des Wärmehaushalts. Keine Notwendigkeit, Dutzende Tonnen zu tragen Gewächshäuser, Lebensmittel, Wasser, Sauerstoff, Kleidung und Hygieneprodukte, Medikamente und andere Dinge. Der Roboter kann in eine Richtung gesendet werden, ohne zurückzukehren. Der Roboter kann jahrelang arbeiten. Erfahrung von “Voyagern”, Rovers oder “Cassini” sagt, dass es jetzt richtiger ist, nicht darüber zu reden Jahre und Jahrzehnte. Der Roboter kann jahrelang unter Bedingungen arbeiten die für Menschen tödlich sind. Die Galileo-Sonde erhielt eine Dosis von 25 Zeiten, die für eine Person mehr als sterblich waren und für die er danach arbeitete Umlaufbahn 8 Jahre.
Als Ergebnis stellte sich heraus, dass nur Roboter wiegen Mehrere Tonnen passen in die technischen Fähigkeiten der Menschheit Sende sie für angemessenes Geld auf andere Planeten und begann der einzige Weg, um die wissenschaftliche zu befriedigen Neugier und schöne Fotos bekommen.
Wir leben in einer logistischen Kurve
Der zweite Fehler der Science-Fiction war, dass sie vorausgesagt hatten lineare oder sogar exponentielle Entwicklung der Astronautik. Obwohl immer noch 1838 wurde ein Phänomen wie eine logistische Kurve entdeckt. Was ist das für ein schreckliches Tier? Nehmen Sie zum Beispiel die Geschichte der Luftfahrt:
1900er Jahre Die ersten ungeschickten Dingsbums, die ersten Rekorde – fliegen zu mehrere Kilometer mit einem Passagier. 1910er Jahre Die ersten Späher Jäger, Bomber, Post- und Passagierflugzeuge. 1920-1930er Jahre Flight Mastering in der Nacht, das erste transkontinentale Flüge. 1940er Jahre Die Luftfahrt ist eine ernsthafte Militär- und Transportkraft. 1950er Jahre Düsentriebwerke geben der Entwicklung der Luftfahrt neue Impulse – neue Geschwindigkeiten, Reichweiten und Höhen, noch mehr Passagiere. 1960-70er Jahre. Der erste Überschall- und Großraumpassagier Flugzeuge, Luftfahrt sind qualitativ besser zugänglich. 1980-90er Jahre. Bremsen. Entwicklung wird teurer, Entwicklungsunternehmen werden zu Riesen zusammengefasst Firma. Und Flugzeuge sind sich immer ähnlicher. 2000er Jahre Die Grenze. Zwei Giganten Boeing und Airbus sind äußerlich identisch Autos, Überschall-Passagierflugzeuge starben im Allgemeinen aus.
Wenn Sie diese Erfolge in Zahlen übersetzen, erhalten Sie diese Bild:
Foto aus offenen Quellen
Im Weltraum ist die Situation genau die gleiche:
Foto aus offenen Quellen
Zur Verdeutlichung kann der Graph der S-Kurve überlagert werden Ausgaben, um dieses Niveau zu erreichen:
Foto aus offenen Quellen
Und die Traurigkeit unseres „Heute“ ist die im Weltraum Bestehende Technologien sind wir nahe am Sättigungsgrad. Technisch kann in einer bemannten Version zum Mond und sogar zum Mars fliegen, aber irgendwie leid für das geld.
Gepäck KTs – Holen Sie sich einen Gravitsapu
Der nächste traurige Aspekt, der den Ruck in den Weltraum verlangsamt, ist noch nicht etwas sehr Wertvolles gefunden, für das es sich lohnt, Geld auszugeben Weltraumforschung jenseits der Erdumlaufbahn. Bitte beachten Sie, dass auf Die erdnahe Umlaufbahn ist jetzt eine Masse kommerzieller Satelliten – Kommunikation, Fernsehen und Internet, meteorologisch, kartografisch. Und du Alle von ihnen haben greifbare Vorteile, die sich in Geld ausdrücken. Und was? die Vorteile eines bemannten Mondflugprogramms? Hier ist der Beamte Ergebnisliste des US-Dollar-Mondprogramms für ca. 170 US-Dollar Milliarden (in Preisen von 2005):
Der Mond ist nicht das Hauptobjekt, er ist ein Planet der Erdgruppe mit seinen Evolution und innere Struktur ähnlich der Erde. Der Mond ist uralt und bewahrt die Geschichte der ersten Milliarden Jahre der Evolution der terrestrischen Planeten. Die jüngsten Mondfelsen sind ungefähr so alt wie die uralt irdisch. Spuren der frühesten Prozesse und Ereignisse, die, möglicherweise beeinflusst den Mond und die Erde, kann erst jetzt gefunden werden auf dem Mond. Mond und Erde sind genetisch verwandt und werden daraus gebildet verschiedene Anteile des allgemeinen Satzes von Materialien. Der Mond ist leblos und nicht enthält lebende Organismen oder lokale organische Stoffe Herkunft. Mondfelsen stiegen von hohen Temperaturen ab Prozesse ohne Beteiligung von Wasser. Sie sind in drei Arten unterteilt: Basalte, Anorthosites und Brekzien.
Vor sehr langer Zeit wurde der Mond zu einer großen Tiefe geschmolzen und bildete einen Ozean aus Magma. Mondberge enthalten die Überreste früher Felsen geringe Dichte, die auf der Oberfläche dieses Ozeans schwebte. Der Ozean aus Magma wurde durch eine Reihe von Strichen riesiger Asteroiden gebildet. die mit Lavaströmen gefüllte Teiche bildeten.
Der Mond ist etwas asymmetrisch, möglicherweise aufgrund des Einflusses der Erde. Die Oberfläche des Mondes ist mit Steinen und Staub bedeckt. Das heißt Mondregolith und enthält eine einzigartige Strahlungsgeschichte der Sonne, Das ist wichtig für das Verständnis des Klimawandels auf der Erde.
Das ist alles sehr interessant (keine Witze), aber all dieses Wissen sie haben einen irreparablen Fehler – sie können nicht auf Brot ausgebreitet werden, in einen Gastank gießen oder daraus ein Haus bauen. Wenn in der Weite Raum wäre ein bestimmtes “Elerium”, “Tiberium” oder ein anderes entdeckt worden Shishdostanium, das verwendet werden könnte als:
Kostengünstige Energiequelle.
Ein wesentlicher Bestandteil der Produktion von etwas Wertvollem und notwendig.
Lebensmittel / Medizin / Vitamin von grundlegend neuer Qualität.
Ein Luxusartikel oder eine Quelle des Vergnügens.
Wenn er auch nur auf dem Mars oder im Asteroidengürtel wuchs (und nicht auf der Erde reproduziert) und konnte nur vom Menschen abgebaut werden (damit schlaue Menschheit nicht billiger sendet und unprätentiöse Roboter), dann wäre es genau bemannte Entwicklung Der Weltraum würde einen unschätzbaren Anreiz erhalten. Und in Abwesenheit von ihm in pessimistisches Szenario in den 2020er Jahren kann die Menschheit verlieren permanente Präsenz auch in der Erdumlaufbahn Hintergrund politisch angeschlagener Töpfe der internationalen Zusammenarbeit Steuerzahler können fragen: “Warum brauchen wir danach eine neue Station ISS? ”
Fluch der Tsiolkovsky-Formel
Hier ist es, Nemesis of Cosmonautics:
Foto aus offenen Quellen
Hier:
V ist die Endgeschwindigkeit der Rakete. I – spezifischer Impuls des Motors (Wie viele Sekunden kann ein Motor pro 1 Kilogramm Kraftstoff erzeugen? Schub 1 Newton) M1 – die Anfangsmasse der Rakete. M2 – Endmasse Raketen.
V für den Fall voller Tanks ist die charakteristische Reserve Geschwindigkeit, d. h. die Geschwindigkeitsspanne, die wir können bei Bedarf beschleunigen / bremsen. Es wird auch genannt durch Delta-V-Bestand (Delta bedeutet Änderung, d. h. dies ist Bestand Geschwindigkeitsänderungen).
Was ist das Problem hier? Machen Sie eine Karte der erforderlichen Geschwindigkeitsänderungen für das Sonnensystem:
Foto aus offenen Quellen
Stellen Sie sich jetzt vor, wir wollen zum Mars und zurück fliegen. Das wird sein:
9400 m / s – Start von der Erde. 3210 m / s – Abfahrt von der Erdumlaufbahn. 1060 m / s – das Abfangen des Mars. 0 m / s – Zugang zur niedrigen Umlaufbahn des Mars (weiß Dreieck bedeutet die Möglichkeit, in der Atmosphäre zu bremsen. 0 m / s – Landung auf dem Mars (Bremse auf der Atmosphäre). 3800 m / s – Start vom Mars. 1440 m / s – Beschleunigung aus der Marsumlaufbahn. 1060 m / s – Abfangen der Erde. 0 m / s – Zugang zur niedrigen Erdumlaufbahn (Verzögerung der Atmosphäre). 0 m / s – Landung auf der Erde (wir bremsen über die Atmosphäre).
Das Ergebnis ist eine schöne Zahl von 19970 m / s, die wir rund auf 20.000 m / s. Möge unsere Rakete perfekt sein und Das Kraftstoffvolumen hat keinerlei Einfluss auf die Masse (Tanks, Rohrleitungen) nichts wiegen). Versuchen wir, die Abhängigkeit der Ausgangsmasse zu berechnen Raketen aus der Endmasse und spezifischen Impuls. Die Formel transformieren Tsiolkovsky, wir bekommen:
M1 = eV / I * M2
Wir werden das kostenlose mathematische Paket Scilab verwenden. Ultimativ Wir nehmen die Masse im Bereich von 10-1000 Tonnen, der spezifische Impuls wird sein variieren von 2000 m / s (chemische Motoren auf Hydrazin) bis 200 000 m / s (theoretische Schätzung des maximalen Impulses des elektrischen Antriebs für heute). Ich muss sofort sagen, dass für maximale Masse und minimalen Impuls wird sehr wichtig sein (22 Millionen Tonnen), so die Skala Die Anzeige ist logarithmisch.
[m 2 I] = Maschengitter (10: 50: 1000, 2000: 5000: 200000); m1 = log (exp (20000 * I. ^ – 1). * m2); Brandung (m2, I, m1)
Foto aus offenen Quellen
Diese schöne Grafik ist in der Tat ein visueller chemischer Satz Motoren. Dies ist keine Neuigkeit – bei solchen chemischen Motoren Übungsshows perfekt, man kann normalerweise klein laufen Sonden, aber auch zum Mond, um mit der Besatzung schon mehrere zu fliegen schwierig.
Lassen Sie uns die Bedingungen lockern. Nehmen wir zunächst an, wir beginnen bereits von der Erdumlaufbahn und anstelle von 20 km / s benötigen wir 10. Zweitens: Wir schneiden den Schwanz ineffizienter chemischer Motoren durch Mindestwert I 4400 m / s (UI des Wasserstoffmotors Space Shuttle RS-25):
[m 2 I] = Maschengitter (10: 50: 1000, 4400: 5000: 200000); m1 = log (exp (10000 * I. ^ – 1). * m2); Brandung (m2, I, m1)
Logarithmische Skala:
Foto aus offenen Quellen
Lineare Skala:
Foto aus offenen Quellen
Wir geben chemische Motoren komplett auf. Kernmotor NERVA hatte eine Benutzeroberfläche von 9000 Sekunden. Nachzählung:
[m 2 I] = Meshgrid (10: 50: 1000,9000: 5000: 200000); m1 = exp (10000 * I. ^ – 1). * m2; Brandung (m2, I, m1)
Lineare Skala:
Foto aus offenen Quellen
Warum wiederhole ich diese monotonen Graphen? Die Sache ist die Ein flacher Bereich mit der Bezeichnung „Grund zum Optimismus“ wird angezeigt dass, wenn Motoren mit einer Benutzeroberfläche von mehr als 50.000 m / s innerhalb von erscheinen Das Sonnensystem wird mehr oder weniger erträglich ohne fliegen können Schiffe mit einer Masse von Millionen Tonnen. Und die ERD, die es schon gibt Jetzt haben sie eine Benutzeroberfläche von 25000 bis 30000 m / s (z. B. SPD 2300). Allerdings ist Sie müssen verstehen, dass der Grund für Optimismus sehr zurückhaltend ist. Erstens müssen diese Tausenden Tonnen in die Erdumlaufbahn gebracht werden (und das auch extrem schwierig). Zweitens haben vorhandene elektrische Antriebsmotoren wenig Schub, und um mit einer geeigneten Beschleunigung zu beschleunigen, müssen Sie einstellen Multi-Megawatt-Reaktoren.
Lassen Sie uns ein weiteres interessantes Diagramm erstellen. Lass uns das Ultimative wissen Gewicht – 1000 Tonnen. Wir konstruieren die Abhängigkeit der Ausgangsmasse von spezifischer Impuls und Endgeschwindigkeit:
[V I] = Meshgrid (10000: 2000: 100000,50000: 5000: 200000); m1 = exp (V. * (I. ^ – 1)) * 1000; Brandung (V, I, m1)
Foto aus offenen Quellen
Diese Grafik ist insofern interessant, als es sich gewissermaßen um einen Blick handelt die weitere Zukunft der Menschheit. Wenn wir eine bequeme und wollen Schneller Flug durch das Sonnensystem, Sie müssen einen anderen gehen höhere Ordnung bei der Entwicklung spezifischer Impulsmotoren mit MDs von mehreren hunderttausend Metern pro Sekunde.
Kein Fisch hier
Die Menschheit zeichnet sich durch List und Einfallsreichtum aus. Deshalb Viele Ideen wurden erfunden, um den Zugang zu erleichtern Raum. Einer der wichtigsten Parameter, die diese Barriere charakterisieren, Was wir springen wollen, ist der Preis für das Entfernen eines Kilogramms pro Umlaufbahn. Nun, nach verschiedenen Schätzungen (diese Spalte wurde aus dem Wiki entfernt, hier zum Beispiel eine andere Quelle) für verschiedene Trägerraketen, dies Der Preis liegt im Bereich von 4000 bis 13000 US-Dollar pro Kilogramm für niedrige Erdumlaufbahn. Was sie sich ausgedacht haben, um es einfacher zu machen Ist es einfacher und billiger, zumindest in die erdnahe Umlaufbahn zu gelangen?
Wiederverwendbare Systeme. Historisch hat sich diese Idee schon einmal bewährt im Space-Shuttle-Programm fehlschlagen. Jetzt macht Elon das Moschus plant, den ersten Schritt zu pflanzen. Ich würde ihn gerne wünschen jeden Erfolg, aber aufgrund des vergangenen Misserfolgs denke ich das nicht Es wird ein qualitativer Durchbruch sein. Bestenfalls fallen die Kosten an ein paar Prozent.
Einstufig zum Orbit. Trotzdem nicht über den Rahmen von Projekten hinaus wiederholte Versuche. Luftstart. Es gibt ein erfolgreiches Projekt für kleine Nutzlast, skaliert aber nicht unter schweren Waren.
Raketenfreier Weltraumstart. Viele Projekte wurden erfunden, aber sie haben alle einen fatalen Fehler – sie erfordern astronomische Investitionen, die ohne vollständigen Abschluss nicht abgewehrt werden können Projekt. Bis der Weltraumaufzug, Brunnen oder Massenfahrer ist voll gebaut und läuft, kein Gewinn davon.
Was wird mein Herz beruhigen?
Wie kannst du nach diesen traurigen Gedanken aufmuntern? Bei Ich habe zwei Argumente – eines abstrakt und eines grundlegend, eine andere spezifischere. Erstens ist der Fortschritt im Allgemeinen keiner S-Kurve und viele von ihnen, die so optimistisch sind Bild:
Foto aus offenen Quellen
In der Geschichte der Luftfahrt kann man zum Beispiel unterscheiden:
Foto aus offenen Quellen
Und natürlich befinden wir uns an einem ähnlichen Entwicklungspunkt Astronautik. Ja, jetzt gibt es eine gewisse Stagnation und sogar Ein Rollback ist möglich, aber die Menschheit ist in den Köpfen ihrer Besten Vertreter durchbrechen die Mauer des Wissens und irgendwo noch nicht gesehen, machen Triebe der neuen Zukunft ihren Weg.
Das zweite Argument sind Neuigkeiten über Entwicklung eines Kernreaktors für Verkehr und Energie Modul:
Foto aus offenen Quellen
Die neuesten Nachrichten zu diesem Projekt waren im Sommer – montierte den ersten Brennstab. Werke, wenn auch ohne regelmäßige Werbung, offensichtlich geht es weiter, und man kann auf den Auftritt in hoffen die kommenden Jahre eines grundlegend neuen Apparats – eines nuklearen Schleppers mit ERD
Nachtrag
Dies sind etwas ungepflegte Gedanken, wir werden sie die erste Iteration nennen. Ich möchte Feedback erhalten – vielleicht habe ich etwas verpasst oder es ist falsch bestimmte die Bedeutung des Phänomens. Wer weiß, vielleicht nach der Verarbeitung Feedback wird sich als schlankeres Konzept herausstellen oder einfallen lassen etwas interessantes?
Avor: lozga
Wasser Geld Mond Mars Raketenroboter Sonnensystem Evolution
