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Ao longo do século XX, escritores de ficção científica escreveram muito e talentosos sobre exploração espacial. Os heróis de “Hiusa” deram riqueza à humanidade Pirks, piloto de urânio da Golconda, trabalhou como capitão do espaço graneleiros, líderes de contêineres percorreram o sistema solar e graneleiro trunfos, e eu não estou falando sobre todo o misticismo de viajar para monólitos misteriosos.
No entanto, o século XXI não correspondeu às expectativas. A humanidade está timidamente em corredor do Cosmos, não selecionado permanentemente além do terreno órbitas. Por que aconteceu e o que esperar para quem gostaria leu as notícias sobre como aumentar o rendimento das macieiras marcianas?
Violinista não é necessário
O primeiro paradoxo que encontramos é que o homem não é o mais assunto adequado para a exploração espacial. Escritores de ficção científica que inventaram expedições espaciais só podiam confiar na experiência histórica dos pioneiros da Terra – marinheiros, exploradores polares, os primeiros aviadores. De fato, aparentemente, a conquista de Marte será diferente da conquista do Polo Sul?
Aqui e ali inadequados para a vida sem preparação prévia ambiente, você precisa levar suprimentos com você e para fora do navio ou em casa você não pode sair sem usar equipamento especial. Mas ficção científica e futurólogos não podiam prever o desenvolvimento de eletrônicos e robótica e robôs de pesquisa são geralmente descritos em veia anedótica:
“Eu tive que me afastar da carta por meia hora e ouvir lamentações do meu vizinho, cibernetista Shcherbakov. Você provavelmente você sabe que ao norte da corrida de foguetes há uma grande planta subterrânea para o processamento de urânio e transuranidas. Pessoas trabalhar em seis turnos. Robôs – ronda o relógio; maravilhoso máquinas, a última palavra da cibernética prática. Mas como eles dizem Japonês, um macaco também cai de uma árvore. Agora vem pra mim Shcherbakov, bravo como o inferno, e disse que a gangue desses mecânicos idiotas (suas próprias palavras) esta noite puxou um dos grandes depósitos de minério, considerando-o obviamente extraordinariamente rico depósito. Os programas de robôs eram diferentes, então pela manhã parte do armazém estava nos armazéns do lançador de foguetes, parte – na entrada de gestão geológica, e parte dela é geralmente desconhecida onde. Pesquisas acontecendo “.
Mas nenhum dos autores conhecidos adivinhou que o robô está em desenvolvimento o espaço tem muitas vantagens sobre os seres humanos:
Ao contrário dos humanos, um robô só precisa de energia e garantindo equilíbrio de calor. Não há necessidade de transportar dezenas de toneladas estufas, alimentos, água, oxigênio, roupas e produtos de higiene, medicamentos e outras coisas. O robô pode ser enviado em uma direção, sem retornar. O robô é capaz de trabalhar por anos. Experiência de “Voyagers”, rovers ou “Cassini” diz que agora é mais correto não falar sobre anos e décadas. O robô é capaz de trabalhar por anos em condições que são mortais para os seres humanos. A sonda Galileu recebeu uma dose de 25 vezes superior mortal para uma pessoa e depois que ele trabalhou para orbitam 8 anos.
Como resultado, verificou-se que apenas robôs pesando várias toneladas se encaixam nas capacidades técnicas da humanidade enviá-los para outros planetas por dinheiro razoável e começou a única maneira de satisfazer a ciência curiosidade e obter belas fotos.
Vivemos em uma curva logística
O segundo erro da ficção científica foi que eles previram desenvolvimento linear ou mesmo exponencial da astronáutica. Embora ainda em 1838, um fenômeno como uma curva logística foi descoberto. O que é essa fera terrível? Por exemplo, considere a história da aviação:
1900s Os primeiros whatnots desajeitados, os primeiros registros – voando para vários quilômetros com um passageiro. Década de 1910 Os primeiros batedores caças, bombardeiros, aeronaves postais e de passageiros. 1920-1930s Masterização de vôo à noite, o primeiro voo transcontinental vôos. Década de 1940 A aviação é uma força militar e de transporte séria. Década de 1950 Os motores a jato dão um novo impulso ao desenvolvimento da aviação – novas velocidades, faixas e alturas, ainda mais passageiros. 1960-70s. O primeiro passageiro supersônico e widbody aviões, a aviação é qualitativamente mais acessível. 1980-90s. Travagem. O desenvolvimento está se tornando mais caro, as empresas de desenvolvimento são combinadas em gigantes empresa. E os aviões são cada vez mais parecidos. Anos 2000 O limite Dois gigantes Boeing e Airbus fazem exteriormente idênticos carros, aviões supersônicos de passageiros geralmente morriam.
Se você traduzir essas conquistas em números, obterá este foto:
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No espaço, a situação é exatamente a mesma:
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Para maior clareza, o gráfico da curva S pode ser sobreposto despesas para atingir esse nível:
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E a tristeza do nosso “hoje” é que no espaço tecnologias existentes, estamos perto do nível de saturação. Tecnicamente pode voar em uma versão tripulada para a lua e até Marte, mas de alguma forma, desculpe pelo dinheiro.
KTs de bagagem – obtenha um gravitsapu
O próximo aspecto triste que retarda o empurrão no espaço ainda não está encontrou algo muito valioso, pelo qual vale a pena gastar dinheiro em exploração espacial além da órbita da Terra. Observe que em A órbita da Terra próxima é agora uma massa de satélites comerciais – comunicações, TV e Internet, meteorológicas, cartográficas. E vc todos eles têm benefícios tangíveis expressos em dinheiro. E o que os benefícios de um programa de vôo lunar tripulado? Aqui está o oficial Lista de resultados do programa lunar em US $ por aproximadamente US $ 170 bilhões (em preços de 2005):
A lua não é o objeto principal, é um planeta do grupo terrestre, com sua evolução e estrutura interna semelhante à Terra. A lua é antiga e preserva a história dos primeiros bilhões de anos de evolução dos planetas terrestres. As rochas lunares mais jovens têm a mesma idade da antigo terreno. Rastreios dos primeiros processos e eventos que, possivelmente influenciou a lua e a terra, só pode ser encontrada agora na lua Lua e Terra são geneticamente relacionadas e formadas a partir de várias proporções do conjunto geral de materiais. A lua é sem vida e não contém organismos vivos ou matéria orgânica local origem. Rochas lunares descem da alta temperatura processos sem a participação da água. Eles são divididos em três tipos: basaltos, anortositos e brechas.
Há muito tempo, a lua derreteu a uma grande profundidade e formou um oceano de magma. As montanhas lunares contêm os restos de rochas primitivas baixa densidade que flutuava na superfície deste oceano. O oceano de magma foi formado por uma série de golpes de enormes asteróides, que formava piscinas cheias de fluxos de lava.
A lua é um tanto assimétrica, possivelmente devido à influência da Terra. A superfície da lua é coberta com pedaços de rocha e poeira. Isso é chamado regolito lunar e contém uma história única de radiação do Sol, o que é importante para entender as mudanças climáticas na Terra.
Tudo isso é muito interessante (sem brincadeiras), mas todo esse conhecimento eles têm uma falha irreparável – eles não podem ser espalhados no pão, despeje em um tanque de gasolina ou construa uma casa com eles. Se no vasto espaço teria sido descoberto um certo “elerium”, “Tiberium” ou outro shishdostanium, que pode ser usado como:
Fonte de energia econômica.
Um elemento integrante da produção de algo valioso e necessário.
Alimentos / medicamentos / vitaminas de qualidade fundamentalmente nova.
Um item de luxo ou uma fonte de prazer.
Se ele também crescesse apenas em Marte ou no cinturão de asteróides (e não reproduzida na Terra) e só poderia ser extraída pelo homem (para que a humanidade astuta não envie mais barato e robôs despretensiosos), então seria um desenvolvimento tripulado com precisão o espaço receberia um estímulo inestimável. E na ausência dele em cenário pessimista da década de 2020, a humanidade pode perder presença permanente, mesmo na órbita da Terra – em fundo de panelas politicamente agredidas de cooperação internacional os contribuintes podem perguntar: “Por que precisamos de uma nova estação após ISS? ”
Maldição da fórmula de Tsiolkovsky
Aqui está, Nemesis of Cosmonautics:
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Aqui:
V é a velocidade final do foguete. I – impulso específico do motor (quantos segundos um motor por 1 quilograma de combustível pode criar 1 Newton) M1 – a massa inicial do foguete. M2 – massa final foguetes.
V para o caso de tanques cheios é a reserva característica velocidade, ou seja, a margem de velocidade que podemos acelerar / desacelerar, se necessário. Também é chamado por estoque delta-V (delta significa mudança, ou seja, é estoque mudanças de velocidade).
Qual é o problema aqui? Faça um mapa das mudanças de velocidade necessárias para o sistema solar:
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Imagine agora que queremos voar para Marte e voltar. É será:
9400 m / s – comece a partir da Terra. 3210 m / s – partida da órbita da Terra. 1060 m / s – a interceptação de Marte. 0 m / s – acesso à órbita baixa de Marte (branco triângulo significa a possibilidade de frear sobre a atmosfera). 0 m / s – aterrissagem em Marte (freio na atmosfera). 3800 m / s – comece em Marte. 1440 m / s – aceleração da órbita de Marte. 1060 m / s – interceptação da Terra. 0 m / s – acesso à baixa órbita da Terra (retardo da atmosfera). 0 m / s – aterrissando na Terra (freamos sobre a atmosfera).
O resultado é uma figura bonita de 19970 m / s, que nós arredondar para 20.000 m / s. Que nosso foguete seja perfeito, e O volume de combustível não afeta sua massa de maneira alguma (tanques, oleodutos não pese nada). Vamos tentar calcular a dependência da massa inicial foguetes da massa final e impulso específico. Transformando a fórmula Tsiolkovsky, temos:
M1 = eV / I * M2
Usaremos o pacote matemático gratuito Scilab. Ultimate tomamos a massa na faixa de 10-1000 toneladas, o impulso específico será variam de 2000 m / s (motores químicos em hidrazina) a 200 000 m / s (estimativa teórica do impulso máximo de propulsão elétrica para hoje). Devo dizer imediatamente que, para obter a massa máxima e o momento mínimo será muito importante (22 milhões de toneladas), então a escala A exibição será logarítmica.
[m2 I] = malha de malha (10: 50: 1000,2000: 5000: 200000); m1 = log (exp (20000 * I. ^ – 1). * m2); surf (m2, I, m1)
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Este belo gráfico, de fato, é uma frase química visual motores. Isso não é novidade – em motores químicos como este prática mostra perfeitamente, você normalmente pode executar pequenas sondas, mas até a lua para voar com a tripulação já vários difícil.
Vamos facilitar as condições. Primeiro, digamos que já começamos da órbita da Terra e, em vez de 20 km / s, precisaremos de 10. Em segundo lugar, cortamos a cauda de motores químicos ineficientes valor mínimo I 4400 m / s (UI do motor a hidrogênio Space Ônibus RS-25):
[m2 I] = grade de malha (10: 50: 1000.4400: 5000: 200000); m1 = log (exp (10000 * I. ^ – 1). * m2); surf (m2, I, m1)
Escala logarítmica:
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Escala linear:
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Desistimos completamente de motores químicos. Motor nuclear O NERVA tinha uma interface do usuário de 9000 segundos. Recontagem:
[m2 I] = grade de malha (10: 50: 1000.9000: 5000: 200000); m1 = exp (10000 * I. ^ – 1). * m2; surf (m2, I, m1)
Escala linear:
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Por que estou repetindo esses gráficos monótonos? O fato é que uma área plana rotulada como “causa de otimismo” mostra que quando os motores com uma interface do usuário superior a 50.000 m / s aparecem, dentro de O sistema solar poderá voar de forma mais ou menos tolerável sem navios com massa inicial de milhões de toneladas. E o ERD, que já está Agora, eles têm UI 25000-30000 m / s (por exemplo, SPD 2300). No entanto, você deve entender que a razão do otimismo é muito contida. Em primeiro lugar, esses milhares de toneladas devem ser entregues à órbita da Terra (e isso extremamente difícil). Em segundo lugar, os motores de propulsão elétrica existentes têm pouco impulso, e para acelerar com uma aceleração adequada, você deve definir reatores de vários megawatts.
Vamos construir outro gráfico interessante. Deixe-nos saber o melhor peso – 1000 toneladas. Construímos a dependência da massa inicial em impulso específico e velocidade final:
[V I] = malha de rede (10000: 2000: 100000,50000: 5000: 200000); m1 = exp (V. * (I. ^ – 1)) * 1000; surf (V, I, m1)
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Este gráfico é interessante, pois é, de certa forma, uma olhada o futuro mais distante da humanidade. Se queremos um ambiente confortável e vôo rápido através do sistema solar, você terá que ir outro ordem superior no desenvolvimento de motores de necessidade específica com MDs de várias centenas de milhares de metros por segundo.
Nenhum peixe aqui
A humanidade se distingue pela astúcia e engenhosidade. Portanto, Muitas idéias foram inventadas para facilitar o acesso a espaço. Um dos parâmetros mais importantes que caracterizam essa barreira, que queremos pular é o preço da remoção de um quilograma por orbitar. Agora, de acordo com várias estimativas (esta coluna foi removida do Wiki, aqui, por exemplo, outra fonte) para vários veículos de lançamento, este o preço está na faixa de US $ 4.000 a US $ 13.000 por quilograma para Órbita da terra. O que eles tentaram criar para facilitar é mais fácil e mais barato sair em órbita próxima à Terra?
Sistemas reutilizáveis. Historicamente, essa ideia já conseguiu uma vez falha no programa Space Shuttle. Agora Elon está fazendo isso Musk planejando plantar o primeiro passo. Eu gostaria de desejar a ele todo sucesso, mas com base no fracasso passado, não acho que será um avanço qualitativo. Na melhor das hipóteses, o custo cairá em alguns por cento.
Estágio único para orbitar. Não está além do escopo dos projetos, apesar de tentativas repetidas. Partida aérea. Existe um projeto bem-sucedido para carga útil pequena, mas não é dimensionada sob bens.
Lançamento de espaço livre de foguetes. Muitos projetos foram inventados, mas todos eles têm uma falha fatal – eles exigem astronomia investimentos que não podem ser derrotados sem a conclusão completa projeto. Até que o elevador espacial, fonte ou condutor de massa esteja totalmente construído e funcionando, sem lucro.
O que vai acalmar meu coração
Como você pode se animar após esses pensamentos tristes? At Eu tenho dois argumentos – um abstrato e fundamental, outro mais específico. Primeiro, o progresso em geral não é um Curva S, e muitas delas, o que faz com que seja tão otimista foto:
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Na história da aviação, pode-se distinguir, por exemplo:
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E, com certeza, estamos em um ponto semelhante no desenvolvimento astronáutica. Sim, agora há alguma estagnação, e até uma reversão é possível, mas a humanidade está na cabeça dos seus melhores representantes rompe a barreira do conhecimento e, em algum lugar, ainda não visto, brotos do novo futuro abrem caminho.
O segundo argumento são as notícias sobre desenvolvimento de um reator nuclear para transporte e energia módulo:
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As últimas notícias deste projeto foram no verão – montou a primeira barra de combustível. Obras, embora sem publicidade regular, obviamente acontecendo, e pode-se esperar pela aparição em os próximos anos de um aparelho fundamentalmente novo – um reboque nuclear com ERD
Postscript
Estes são pensamentos um tanto descuidados, os chamaremos de primeira iteração. Quero receber feedback – talvez eu tenha perdido algo ou esteja errado determinou a importância do fenômeno. Quem sabe, talvez após o processamento feedback resultará em um conceito mais esbelto ou surgirá com algo interessante?
Avor: lozga
Água Dinheiro Lua Marte Robô Foguete Evolução Sistema Solar
