Gedurende de twintigste eeuw schreven sciencefictionschrijvers veel en getalenteerd over verkenning van de ruimte. De helden van "Chius" gaven de mensheid de rijkdom van Uranium Golconda, de piloot Pirx werkte als kapitein van droge ruimtevrachtschepen, leider-containerschepen en bulkcarriers liepen rond het zonnestelsel, en ik heb het niet over de mystiek van reizen naar mysterieuze monolieten.
De 21ste eeuw heeft echter niet aan de verwachtingen voldaan. De mensheid staat verlegen in de gang van de Kosmos, niet permanent buiten de baan van de aarde. Waarom is het gebeurd en wat kunnen ze hopen voor degenen die in het nieuws willen lezen over het verhogen van de opbrengst van Mars-appelbomen?
Geen violist nodig
De eerste paradox die we tegenkwamen, is dat mensen niet het meest geschikte onderwerp zijn voor verkenning van de ruimte. Sciencefictionschrijvers die met ruimte-expedities kwamen, konden alleen vertrouwen op de historische ervaring van de pioniers van de aarde - zeevaarders, poolreizigers, de eerste vliegeniers. Hoe zou de verovering van Mars inderdaad verschillen van de verovering van de Zuidpool?
En hier en daar is de omgeving ongeschikt voor het leven zonder voorafgaande voorbereiding, je moet voorraden bij je hebben en je kunt niet buiten het schip of huis gaan zonder speciale uitrusting aan te trekken. Maar sciencefictionschrijvers en futuristen konden de ontwikkeling van elektronica en robotica niet voorspellen, en robotonderzoekers werden meestal op een anekdotische manier beschreven:
“Ik moest een halfuur wegkijken van de brief en luisteren naar de klachten van mijn buurman, cybernetist Shcherbakov. U weet waarschijnlijk dat er een grote ondergrondse verwerkingsfabriek voor uranium en transuranide in aanbouw is ten noorden van de raketwerper. Mensen werken in zes ploegen. Robots - de klok rond; prachtige machines, het laatste woord in praktische cybernetica. Maar, zoals de Japanners zeggen, de aap valt ook van de boom. Nu kwam Shcherbakov naar me toe, boos als de duivel, en zei dat een bende van deze mechanische idioten (zijn eigen woorden) vanavond een van de grote ertsdepots had gestolen, waarbij hij het duidelijk aanzag voor een ongewoon rijke aanbetaling. De robots hadden verschillende programma's, dus tegen de ochtend belandde een deel van het magazijn in de magazijnen van de raketwerper, een deel - bij de ingang van de geologische afdeling, en een deel ervan was over het algemeen onbekend waar. De zoektocht gaat door."
Promotie video:
Maar geen van de bekende auteurs vermoedde dat een robot in ruimteverkenning veel voordelen heeft ten opzichte van een persoon:
In tegenstelling tot een mens heeft een robot alleen kracht en thermische balans nodig. Het is niet nodig om tientallen tonnen kassen, voedsel, water, zuurstof, kleding en hygiëneproducten, medicijnen en andere dingen mee te nemen.
De robot kan één kant op worden gestuurd, zonder terug te keren.
De robot kan jaren mee. De ervaring van Voyagers, Mars-rovers of Cassini suggereert dat het nu juister is om niet over jaren, maar over decennia te spreken.
De robot is in staat jarenlang te werken onder voor mensen fatale omstandigheden. De Galileo-sonde ontving een dosis die 25 keer hoger was dan de dodelijke dosis voor mensen en werkte daarna 8 jaar in een baan om de aarde.
Als gevolg hiervan bleek dat alleen robots met een gewicht van enkele tonnen in de technische mogelijkheden van de mensheid pasten om ze voor redelijk geld naar andere planeten te sturen en dat dit de enige manier werd om wetenschappelijke nieuwsgierigheid te bevredigen en mooie foto's te maken.
We leven in een logistieke bocht
De tweede fout van sciencefictionschrijvers was dat ze een lineaire of zelfs exponentiële ontwikkeling van de ruimtevaart voorspelden. Hoewel in 1838 een fenomeen als de logistieke curve werd ontdekt. Wat is dit vreselijke beest? Neem de luchtvaartgeschiedenis als voorbeeld:
1900. De eerste lastige boekenkasten, de eerste records - kilometerslange vluchten met één passagier.
1910e. De eerste verkenners, gevechtsvliegtuigen, bommenwerpers, post- en passagiersvliegtuigen.
Jaren 1920-1930. Mastervluchten 's nachts, de eerste transcontinentale vluchten.
Jaren 40. De luchtvaart is een serieuze militaire en transportmacht.
Jaren 50. Straalmotoren geven een nieuwe impuls aan de ontwikkeling van de luchtvaart - nieuwe snelheden, actieradius en hoogtes, nog meer passagiers.
Jaren 60-70. De luchtvaart is het eerste supersonische en wide-body passagiersvliegtuig en is goedkoper.
1980-90s. Remmen. Ontwikkeling wordt steeds duurder, ontwikkelingsbedrijven verenigen zich tot gigantische bedrijven. En de vliegtuigen lijken steeds meer op elkaar.
Jaren 2000. Limiet. De twee giganten, Boeing en Airbus, maken uiterlijk identieke machines, en supersonische passagiersvliegtuigen zijn helemaal uitgestorven.
Als je deze prestaties vertaalt in cijfers, krijg je het volgende beeld:
In de ruimtevaart is de situatie precies hetzelfde:
Voor de duidelijkheid kan de S-curve-grafiek worden bedekt met een grafiek van kosten om dit niveau te bereiken:
En het verdriet van ons "vandaag" is dat we in de ruimtevaart met bestaande technologieën dicht bij het verzadigingsniveau zitten. Technisch gezien kun je in een bemande versie naar de maan en zelfs Mars vliegen, maar op de een of andere manier is het jammer voor geld.
Zet KC - je krijgt zwaartekracht
Het volgende trieste aspect, het vertragen van de vlucht naar de ruimte, is dat er nog niet iets heel waardevols is ontdekt, waarvoor het de moeite waard is om geld uit te geven aan verkenning van de ruimte buiten de baan van de aarde. Houd er rekening mee dat er veel commerciële satellieten in een lage baan om de aarde zijn - communicatie, tv en internet, meteorologische, cartografische. En ze hebben allemaal tastbare, financiële voordelen. En wat heb je aan een bemande missie naar de maan? Hier is de officiële lijst met de resultaten van het Amerikaanse maanprogramma ter waarde van ongeveer $ 170 miljard (in prijzen van 2005):
De maan is geen primair object, het is een aardse planeet, met zijn evolutie en interne structuur, vergelijkbaar met de aarde.
De maan is oud en bewaart de geschiedenis van de eerste miljard jaar van evolutie van de aardse planeten.
De jongste maanrotsen zijn ongeveer even oud als de oudste aardse rotsen. Sporen van de vroegste processen en gebeurtenissen die de maan en de aarde mogelijk hebben beïnvloed, zijn nu alleen op de maan te vinden.
De maan en de aarde zijn genetisch verwant en gevormd uit verschillende verhoudingen van een gemeenschappelijke set materialen.
De maan is levenloos en bevat geen levende organismen of lokaal organisch materiaal.
Maangesteenten zijn ontstaan uit processen bij hoge temperatuur zonder de deelname van water. Ze zijn ingedeeld in drie typen: basalt, anorthosieten en breccias.
Lang geleden werd de maan tot een grote diepte gesmolten en vormde een oceaan van magma. De Lunar Mountains bevatten overblijfselen van vroege rotsen met een lage dichtheid die op het oppervlak van deze oceaan drijven.
De oceaan van magma werd gevormd door een reeks enorme asteroïde-inslagen die poelen vormden die gevuld waren met lavastromen.
De maan is enigszins asymmetrisch, mogelijk onder invloed van de aarde.
Het maanoppervlak is bedekt met stukken rots en stof. Dit wordt maanregoliet genoemd en bevat de unieke stralingsgeschiedenis van de zon, die belangrijk is voor het begrijpen van klimaatverandering op aarde.
Dit is allemaal erg interessant (geen grappen), maar al deze kennis heeft een onherstelbaar nadeel: je kunt het niet op brood smeren, in een gastank gieten of er een huis van bouwen. Als een bepaald "elerium", "tiberium" of ander shishdostanium werd ontdekt in de uitgestrektheid van de ruimte, dat zou kunnen worden gebruikt als:
Kostenbesparende energiebron.
Een integraal onderdeel van de productie van iets waardevols en nuttigs.
Voedsel / medicijnen / vitamine van een fundamenteel nieuwe kwaliteit.
Een luxeartikel of bron van plezier.
Als het ook alleen op Mars of in de asteroïdengordel groeide (en niet op aarde werd gereproduceerd) en alleen door mensen kon worden gewonnen (zodat de sluwe mensheid geen goedkopere en meer pretentieloze robots zou sturen), dan zou het een bemande ruimteverkenning zijn die een onschatbare stimulans zou krijgen. En bij afwezigheid van hem, in een pessimistisch scenario in de jaren 2020, kan de mensheid haar permanente aanwezigheid verliezen, zelfs in een bijna-baan om de aarde - tegen de achtergrond van internationale samenwerkingspotten die door politici zijn gebroken, kunnen belastingbetalers vragen: "Waarom hebben we een nieuw station nodig na het ISS?"
De vloek van de Tsiolkovsky-formule
Hier is het, de aartsvijand van de kosmonautiek:
Hier:
V is de eindsnelheid van de raket.
I - specifieke impuls van de motor (hoeveel seconden kan de motor op 1 kilogram brandstof stuwkracht 1 Newton opwekken)
M1 is de oorspronkelijke massa van de raket.
M2 is de uiteindelijke massa van de raket.
V voor volle tanks is de karakteristieke snelheidsmarge, d.w.z. de snelheidsmarge waarmee we indien nodig kunnen versnellen / vertragen. Dit wordt ook wel de delta-V-marge genoemd (delta staat voor verandering, d.w.z. het is de marge voor de verandering in snelheid).
Wat is hier het probleem? Laten we een kaart nemen van de vereiste snelheidsveranderingen voor het zonnestelsel:
Laten we ons nu voorstellen dat we naar Mars willen vliegen en terug. Dit komt neer op:
9400 m / s - start vanaf de aarde.
3210 m / s - verlaat de baan van de aarde.
1060 m / s - onderschepping van Mars.
0 m / s - het betreden van de lage baan van Mars (witte driehoek betekent de mogelijkheid om tegen de atmosfeer in te remmen).
0 m / s - landen op Mars (we vertragen op de atmosfeer).
3800 m / s - start vanaf Mars.
1440 m / s - versnelling vanuit een baan om Mars.
1060 m / s - onderschepping van de aarde.
0 m / s - een lage baan om de aarde ingaan (we vertragen tegen de atmosfeer in).
0 m / s - landen op de aarde (we vertragen op de atmosfeer).
Het resultaat is een prachtig cijfer van 19970 m / s, dat we afronden naar 20.000 m / s. Laat onze raket ideaal zijn, en het brandstofvolume heeft op geen enkele manier invloed op de massa (tanks, pijpleidingen wegen niets). Laten we proberen de afhankelijkheid van de oorspronkelijke massa van de raket van de uiteindelijke massa en specifieke impuls te berekenen. Door de Tsiolkovsky-formule te transformeren, krijgen we:
M1 = eV / I * M2
Laten we het gratis wiskundige pakket Scilab gebruiken. We nemen de uiteindelijke massa in het bereik van 10-1000 ton, de specifieke impuls zal variëren van 2000 m / s (chemische motoren op hydrazine) tot 200.000 m / s (theoretische schatting van de maximale impuls van de elektrische voortstuwingsmotor voor vandaag). Ik moet meteen zeggen dat er voor de maximale massa en minimale impuls een zeer grote waarde zal zijn (22 miljoen ton), dus de weergaveschaal zal logaritmisch zijn.
[m2 I] = meshgrid (10:50: 1000,2000: 5000: 200000);
m1 = logboek (exp (20000 * I. ^ - 1). * m2);
surfen (m2, I, m1)
Deze prachtige grafiek is in feite een visueel oordeel voor chemische motoren. Dit is geen nieuws - voor chemische motoren, zoals de praktijk perfect laat zien, kun je normaal gesproken kleine sondes lanceren, maar zelfs met een bemanning naar de maan vliegen is al enigszins moeilijk.
Laten we onze voorwaarden verzachten. Laten we eerst aannemen dat we vertrekken vanuit de baan van de aarde, en in plaats van 20 km / s hebben we er 10 nodig. RS-25):
[m2 I] = maasrooster (10:50: 1000,4400: 5000: 200000);
m1 = logboek (exp (10000 * I. ^ - 1). * m2);
surfen (m2, I, m1)
Logaritmische schaal:
Lineaire schaal:
Laten we de chemische motoren volledig opgeven. De kernmotor van de NERVA had een AI van 9000 seconden. Laten we opnieuw berekenen:
[m2 I] = maasrooster (10:50: 1000,9000: 5000: 200000);
m1 = exp (10000 * I. ^ - 1). * m2;
surfen (m2, I, m1)
Lineaire schaal:
Waarom herhaal ik deze eentonige grafieken? Feit is dat het vlakke gebied aangeduid als "reden voor optimisme" laat zien dat wanneer motoren met een AI van meer dan 50.000 m / s verschijnen, het mogelijk wordt om min of meer aanvaardbaar te vliegen zonder schepen met een startmassa van miljoenen tonnen binnen het zonnestelsel. En de elektrische voortstuwingsmotoren, die al bestaan, hebben een ID van 25.000-30000 m / s (bijvoorbeeld SPD 2300).
Het is echter noodzakelijk om te begrijpen dat de reden voor optimisme zeer terughoudend is. Ten eerste moeten deze duizenden tonnen worden afgeleverd in de baan van de aarde (wat buitengewoon moeilijk is). Ten tweede hebben de bestaande elektrische voortstuwingsmotoren een kleine stuwkracht en om met een geschikte versnelling te accelereren, is het nodig om reactoren van meerdere megawatt te installeren.
Laten we nog een interessante grafiek maken. Laat ons de uiteindelijke massa weten - 1000 ton. Laten we de afhankelijkheid van de aanvankelijke massa van de specifieke impuls en de eindsnelheid construeren:
[VI] = meshgrid (10000: 2000: 100000.50000: 5000: 200000);
m1 = exp (V. * (I. ^ - 1)) * 1000;
surfen (V, I, m1)
Deze grafiek is interessant omdat het in zekere zin een blik is in de verder weg gelegen toekomst van de mensheid. Als we een comfortabele en snelle vlucht door het zonnestelsel willen, dan zullen we een orde van grootte hoger moeten gaan om de specifieke impuls te beheersen - we hebben motoren nodig met een AI van enkele honderdduizenden meters per seconde.
Er zijn hier geen vissen
De mensheid onderscheidt zich door sluwheid en vindingrijkheid. Daarom zijn er veel ideeën uitgevonden om de toegang tot de ruimte te vergemakkelijken. Een van de belangrijkste parameters die de barrière kenmerken waarover we willen springen, zijn de kosten om een kilogram in een baan om de aarde te brengen. Volgens verschillende schattingen (deze kolom is verwijderd uit de Wiki, hier bijvoorbeeld een andere bron) voor verschillende lanceervoertuigen, ligt deze prijs tussen de $ 4000 en $ 13.000 per kilogram voor een lage baan om de aarde. Wat heb je bedacht om het gemakkelijker, gemakkelijker en goedkoper te maken om op zijn minst in een baan om de aarde te komen?
Herbruikbare systemen. Historisch gezien is dit idee al een keer mislukt in het Space Shuttle-programma. Nu doet Elon Musk dit en is hij van plan om de eerste fase te planten. Ik zou hem veel succes willen wensen, maar op basis van de mislukking uit het verleden denk ik niet dat dit een kwalitatieve doorbraak zal zijn. In het beste geval dalen de kosten met een paar procent.
Enkele fase naar baan. Ze ging niet verder dan de projecten, ondanks herhaalde pogingen.
Air start. Er is een succesvol project voor een klein laadvermogen, maar het is niet schaalbaar voor zware ladingen.
Raketloze ruimtelancering. Er zijn veel projecten uitgevonden, maar ze hebben allemaal een fatale fout: er zijn astronomische investeringen nodig, die niet kunnen worden "heroverd" zonder de volledige voltooiing van het project. Totdat de ruimtelift, fontein of massadriver volledig is gebouwd en gelanceerd, is er geen winst op.
Dan kalmeert het hart
Hoe kun je opvrolijken na deze trieste reflecties? Ik heb twee argumenten: het ene abstract en fundamenteel, het andere meer specifiek.
Ten eerste is de vooruitgang als geheel niet één S-curve, maar veel ervan, wat precies zo'n optimistisch beeld vormt:
In de geschiedenis van de luchtvaart kan men bijvoorbeeld onderscheiden:
En u en ik bevinden ons zeker op een vergelijkbaar punt in de ontwikkeling van de ruimtevaart. Ja, nu is er enige stagnatie en zelfs een terugdraaiing is mogelijk, maar de mensheid, met de hoofden van haar beste vertegenwoordigers, breekt door de muur van kennis, en ergens, nog niet opgemerkt, breken de scheuten van een nieuwe toekomst door.
Het tweede argument is het nieuws over de ontwikkeling van een kernreactor voor de transport- en energiemodule, die zonder veel poespas verloopt:
Het laatste nieuws over dit project was in de zomer - de eerste TVEL werd samengesteld. Er wordt duidelijk gewerkt, zij het zonder regelmatige publiciteit, en men kan hopen op het verschijnen in de komende jaren van een fundamenteel nieuw apparaat - een nucleaire sleepboot met een elektrische voortstuwingsmotor.
P. S
Dit zijn ietwat onverzorgde gedachten, laten we ze de eerste iteratie noemen. Ik zou graag feedback willen krijgen - misschien heb ik iets gemist of heb ik de betekenis van het fenomeen verkeerd gedefinieerd. Wie weet, misschien krijg je na het verwerken van de feedback een meer samenhangend concept of bedenk je iets interessants?
Avor: lozga
