A huszadik század folyamán a tudományos-fantasztikus írók sokat és tehetségesen írtak az űrkutatásról. A "Chius" hősei az Uránium Golconda gazdagságát adták az emberiségnek, a Pirx pilóta űrszáraz teherhajók kapitányaként dolgozott, vezető-konténerszállító és ömlesztettáru-szállító hajók körbejárták a Naprendszert, és nem is beszélek a titokzatos monolitokba utazás minden misztikájáról.
A 21. század azonban nem váltotta be a hozzá fűzött reményeket. Az emberiség félénken áll a Kozmosz folyosóján, és nem jut ki állandó jelleggel a föld keringési pályáján túlra. Miért történt és miben reménykedhettek azok, akik szívesen olvasnának a marsi almafák hozamának növeléséről szóló hírekben?
Nincs szükség hegedűsre
Az első paradoxon, amellyel találkoztunk, hogy az emberek nem a legalkalmasabbak az űrkutatásra. Az űrkutatásokat kitaláló sci-fi írók csak a Föld úttörőinek - tengerészek, sarkkutatók, az első repülők - történelmi tapasztalataira támaszkodhattak. Valóban, miben különbözne a Mars hódítása a Déli-sark hódításától?
És itt-ott a környezet előzetes előkészítés nélkül alkalmatlan az életre, kellékeket kell magával cipelnie, és nem mehet ki a hajón vagy otthon kívül speciális felszerelés nélkül. De a tudományos-fantasztikus írók és a futuristák nem tudták megjósolni az elektronika és a robotika fejlődését, és a robotkutatókat általában anekdotikus módon írták le:
- Fél órán keresztül el kellett néznem a levelet és hallgatnom kellett szomszédom, csebernetista Shcherbakov panaszaira. Valószínűleg tudja, hogy egy nagy földalatti urán- és transzuranid-feldolgozó üzem épül a rakétavetőtől északra. Az emberek hat műszakban dolgoznak. Robotok - éjjel-nappal; csodálatos gépek, a gyakorlati kibernetika utolsó szava. De, ahogy a japánok mondják, a majom is leesik a fáról. Most Scserbakov jött hozzám, dühös, mint az ördög, és azt mondta, hogy e mechanikus idióták (saját szavai) bandája ellopta ma este az egyik nagy ércraktárt, nyilvánvalóan szokatlanul gazdag lerakódásnak tévesztve. A robotoknak különböző programjaik voltak, így a reggeli órákra a raktár egy része a rakétavető raktáraiba került, egy része a geológiai osztály bejáratához, és egy része általában nem volt ismert. A keresés folytatódik."
Promóciós videó:
De egyik ismert szerző sem sejtette, hogy az űrkutatásban lévő robotnak sok előnye van egy emberrel szemben:
Az embertől eltérően a robotnak csak teljesítményre és hőegyensúlyra van szüksége. Nincs szükség több tonna üvegház, élelmiszer, víz, oxigén, ruházati és higiéniai termékek, gyógyszerek és egyéb dolgok cipelésére.
A robot egy irányba küldhető, anélkül, hogy visszatérne.
A robot évekig képes dolgozni. A Voyagers, a Mars roverek vagy a Cassini tapasztalatai azt sugallják, hogy most helyesebb, ha nem évekről, hanem évtizedekről beszélünk.
A robot évekig képes dolgozni olyan körülmények között, amelyek emberre végzetesek. A Galileo szonda 25-szer nagyobb dózist kapott, mint az emberek halálos dózisa, és ezt követően 8 évig dolgozott a pályán.
Ennek eredményeként kiderült, hogy csak az több tonna tömegű robotok illeszkednek az emberiség technikai lehetőségeihez, hogy ésszerű pénzért más bolygókra küldjék őket, és ez lett az egyetlen módja a tudományos kíváncsiság kielégítésének és gyönyörű fényképek megszerzésének.
Logisztikai görbében élünk
A tudományos-fantasztikus írók második hibája az volt, hogy megjósolták az asztronautika lineáris vagy akár exponenciális fejlődését. Bár még 1838-ban felfedeztek egy olyan jelenséget, mint a logisztikai görbe. Mi ez a szörnyű fenevad? Vegyük példaként a repüléstörténetet:
1900-as évek. Az első esetlen könyvespolcok, az első feljegyzések - több kilométeres repülések egy utassal.
1910. Az első felderítők, vadászgépek, bombázók, postai és utasszállító repülőgépek.
1920-1930-as évek. Éjszakai repülések elsajátítása, az első transzkontinentális járatok.
1940-es évek. A repülés komoly katonai és szállító erő.
1950-es évek. A sugárhajtóművek új lendületet adnak a repülés fejlődésének - új sebességek, távolságok és magasságok, és még több utas.
1960-70-es évek. Az első szuperszonikus és széles testű utasszállító repülőgép, a repülés megfizethetőbb.
1980-90-es évek. Fékezés. A fejlesztés egyre drágább, a fejlesztő cégek óriási vállalatokká egyesülnek. A repülőgépek pedig egyre inkább hasonlítanak egymásra.
2000-es évek. Határ. A két óriás, a Boeing és az Airbus kifelé azonos gépeket gyárt, a szuperszonikus utasszállító repülőgépek pedig teljesen kihaltak.
Ha ezeket az eredményeket számokra fordítja, akkor a következő képet kapja:
Az asztronautikában a helyzet teljesen ugyanaz:
Az egyértelműség kedvéért az S-görbe grafikonja átfedhető a költségek grafikonjával ennek a szintnek az elérése érdekében:
A "ma" szomorúsága az, hogy az asztronautikában a meglévő technológiákkal közel vagyunk a telítettségi szinthez. Technikailag emberes változatban repülhet a Holdra, sőt a Marsra is, de valahogy kár a pénzért.
Tedd a KC-t - megkapod a gravitációt
A következő szomorú szempont, amely lassítja a gondolatjelet az űrbe, az, hogy valami nagyon értékes dolgot még nem fedeztek fel, amiért érdemes pénzt költeni az űrkutatásra a Föld pályáján kívül. Felhívjuk figyelmét, hogy rengeteg kereskedelmi műhold van a földközeli pályán - kommunikáció, TV és Internet, meteorológiai, térképészeti. És mindegyiküknek kézzelfogható, pénzbeli előnyei vannak. És mi haszna van egy emberrel a Holdra küldött küldetésnek? Itt található az amerikai holdprogram körülbelül 170 milliárd dollár értékű hivatalos listája (2005-ös árakon):
A Hold nem elsődleges tárgy, hanem földi bolygó, evolúciójával és belső felépítésével hasonló a Földhöz.
A Hold ősi, és őrzi a földi bolygók evolúciójának első milliárd évének történetét.
A legfiatalabb holdkőzetek körülbelül egyidősek a legidősebb földi kőzetekkel. A Holdat és a Földet esetleg befolyásoló legkorábbi folyamatok és események nyomai most csak a Holdon találhatók meg.
A Hold és a Föld genetikailag rokonok, és a közös anyagkészlet különböző arányaiból alakulnak ki.
A hold élettelen, és nem tartalmaz élő organizmusokat vagy helyi szerves anyagokat.
A holdkőzetek magas hőmérsékletű folyamatokból származnak, víz részvétele nélkül. Három típusba sorolják őket: bazaltok, anortozitok és brecciák.
Régen a Hold nagy mélységig megolvadt, és a magma óceánját képezte. A Hold-hegység korai, alacsony sűrűségű kőzetek maradványait tartalmazza, amelyek ezen óceán felszínén lebegtek.
A magma-óceánt hatalmas aszteroida becsapódások alkották, amelyek lávafolyásokkal teli medencéket képeztek.
A Hold kissé aszimmetrikus, valószínűleg a Föld hatása miatt.
A hold felszínét szikla darabok és por borítják. Ezt holdregolitnak hívják, és tartalmazza a Nap egyedi sugárzási történetét, amely fontos a klímaváltozás megértéséhez a Földön.
Ez mind nagyon érdekes (nem vicc), de ennek a tudásnak helyrehozhatatlan hátránya van - nem terjesztheti kenyérre, nem töltheti benzintartályba, vagy házat építhet belőle. Ha egy bizonyos "eleriumot", "tiberiumot" vagy más shishdostaniumot fedeznének fel a világűrben, amelyek a következőként használhatók
Költséghatékony energiaforrás.
Valami értékes és hasznos előállításának szerves része.
Alapvetően új minőségű étel / gyógyszer / vitamin.
Luxuscikk vagy örömforrás.
Ha ez is csak a Marson vagy az aszteroidaövben nőtt (és nem reprodukálódott a Földön), és csak az emberek bányászták (hogy a ravasz emberiség ne küldjön olcsóbb és igénytelenebb robotokat), akkor felbecsülhetetlen ösztönzést kapna az emberekkel végzett űrkutatás. És távollétében a 2020-as évek pesszimista forgatókönyve szerint az emberiség a földközeli pályán is veszíthet állandó jelenlétéből - a politikusok által összetört nemzetközi együttműködési edények hátterében az adófizetők megkérdezhetik: "Miért van szükségünk új állomásra az ISS után?"
A Csiolkovszkij-formula átka
Itt van, a kozmonautika nemezise:
Itt:
V a rakéta végsebessége.
I - a motor sajátos impulzusa (hány másodperc alatt a motor 1 kilogramm üzemanyaggal létrehozhat 1 Newton tolóerőt)
M1 a rakéta kezdeti tömege.
M2 a rakéta végső tömege.
V a teli tartályok esetében a jellegzetes sebességhatár, vagyis az a sebességtartalék, amellyel szükség esetén gyorsíthatunk / lassíthatunk. Ezt nevezzük delta-V margónak (a delta a változást jelenti, vagyis ez a sebességváltozás margója).
Mi a probléma itt? Vegyünk egy térképet a Naprendszerhez szükséges sebességváltozásokról:
Képzeljük el most, hogy a Marsra és vissza akarunk repülni. Ennek összege:
9400 m / s - induljon a Földről.
3210 m / s - elhagyva a Föld pályáját.
1060 m / s - a Mars elfogása.
0 m / s - belépés a Mars alacsony pályájára (a fehér háromszög a fékezés lehetőségét jelenti a légkörhöz képest).
0 m / s - leszállás a Marson (lelassítjuk a légkört).
3800 m / s - induljon a Marsról.
1440 m / s - gyorsulás a Mars pályájáról.
1060 m / s - Föld-lehallgatás.
0 m / s - belépés egy alacsony Föld-pályára (lelassulunk a légkörhöz képest).
0 m / s - leszállás a Földön (lelassítjuk a légkört).
Az eredmény egy gyönyörű, 19970 m / s-os adat, amelyet felfelé kerekítünk 20 000 m / s-ra. Legyen rakétánk ideális, és az üzemanyag mennyisége semmilyen módon nem befolyásolja annak tömegét (a tartályok, a csővezetékek nem mérnek semmit). Próbáljuk kiszámítani a rakéta kezdeti tömegének a végtömegtől és a fajlagos impulzustól való függését. A Csiolkovszkij-képletet átalakítva a következőket kapjuk:
M1 = eV / I * M2
Használjuk a Scilab ingyenes matematikai csomagot. A végső tömeget 10-1000 tonna tartományba vesszük, a fajlagos impulzus 2000 m / s-tól (kémiai motorok hidrazinon) 200 000 m / s-ig változik (az elektromos meghajtómotor mára mért maximális impulzusának elméleti becslése). Rögtön el kell mondanom, hogy a maximális tömeghez és a minimális impulzushoz nagyon nagy érték lesz (22 millió tonna), tehát a megjelenítési skála logaritmikus lesz.
[m2 I] = hálós rács (10: 50: 1000,2000: 5000: 200000);
m1 = log (exp (20000 * I. ^ - 1). * m2);
szörfözés (m2, I, m1)
Ez a gyönyörű grafikon valójában a vegyi motorok vizuális ítélete. Ez nem újdonság - a vegyi motoroknál, amint azt a gyakorlat tökéletesen mutatja, általában kis szondákat lehet indítani, de még a legénységgel is a Holdra repülni már kissé nehéz.
Könnyítsük körülményeinket. Először tegyük fel, hogy a Föld pályájáról indulunk, és 20 km / s helyett 10-re van szükségünk. Másodszor levágjuk az nem hatékony vegyi motorok "farokját", az I minimális értékét 4400 m / s-re állítva (az űrsikló hidrogénmotorjának AI-je). RS-25):
[m2 I] = hálós rács (10: 50: 1000,4400: 5000: 200000);
m1 = log (exp (10000 * I. ^ - 1). * m2);
szörfözés (m2, I, m1)
Logaritmikus skála:
Lineáris skála:
Teljesen feladjuk a vegyi motorokat. A NERVA nukleáris motor AI-ja 9000 másodperc volt. Számoljunk újra:
[m2 I] = hálós rács (10: 50: 1000,9000: 5000: 200000);
m1 = exp (10000 * I. ^ - 1). * m2;
szörfözés (m2, I, m1)
Lineáris skála:
Miért ismétlem ezeket a monoton grafikonokat? Az a tény, hogy az "optimizmus okaként" kijelölt sík terület azt mutatja, hogy amikor az 50 000 m / s-nál nagyobb AI-val rendelkező motorok megjelennek, többé-kevésbé tolerálhatóan lehet repülni a Naprendszeren belül millió tonnás kezdő tömegű hajók nélkül. A már létező elektromos meghajtású motorok azonosítója pedig 25000-30000 m / s (például SPD 2300).
Meg kell azonban érteni, hogy az optimizmus oka nagyon visszafogott. Először ezt az ezer tonnát kell a Föld pályájára szállítani (és ez rendkívül nehéz). Másodszor, a meglévő elektromos meghajtású motorok kis tolóerővel rendelkeznek, és a megfelelő gyorsítással történő gyorsulás érdekében több megawattos reaktorokat kell telepíteni.
Készítsünk egy újabb érdekes grafikont. Mondja el nekünk a végső tömeget - 1000 tonna. Építsük meg a kezdeti tömeg függését a fajlagos impulzustól és a végsebességtől:
[VI] = hálós rács (10000: 2000: 100000,50000: 5000: 200000);
m1 = exp (V. * (I. ^ - 1)) * 1000;
szörfözés (V, I, m1)
Ez a grafikon annyiban érdekes, hogy bizonyos értelemben az emberiség távoli jövőjébe tekint. Ha kényelmes és gyors repülést akarunk a Naprendszeren keresztül, akkor a sajátos impulzus elsajátításakor egy nagyságrenddel magasabbra kell mennünk - másodpercenként több százezer méteres AI-val rendelkező motorokra van szükségünk.
Itt nincsenek halak
Az emberiséget ravaszság és találékonyság különbözteti meg. Ezért számos ötletet találtak ki az űrhöz való hozzáférés megkönnyítése érdekében. Az egyik legfontosabb paraméter, amely jellemzi azt az akadályt, amelyet át akarunk ugrani, az a kilogramm pályára állításának költsége. Különböző becslések szerint (ezt az oszlopot eltávolították a Wikiből, itt például egy másik forrás) a különböző hordozórakéták esetében ez az ár 4000–13000 dollár / kilogramm tartományban van alacsony földi pályán. Mit próbáltál kitalálni annak érdekében, hogy könnyebb, könnyebb és olcsóbb legyen legalább a földközeli pályára kerülni?
Újrafelhasználható rendszerek. Történelmileg ez az ötlet már egyszer megbukott az Űrsikló programban. Most Elon Musk teszi ezt, és az első szakasz telepítését tervezi. Minden sikert kívánok neki, de a múltbeli kudarc alapján nem hiszem, hogy ez minőségi áttörés lesz. A legjobb esetben a költségek néhány százalékkal csökkennek.
Egy szakasz a pályára. A többszöri próbálkozás ellenére sem lépte túl a projekteket.
Levegőindítás. Sikeres projekt létezik kis hasznos teher esetén, de nem méretezhető nagy terhelésre.
Rakéta nélküli űrrepülés. Nagyon sok projektet feltaláltak, de mindegyiknek végzetes hátránya van - csillagászati beruházásokra van szükség, amelyeket nem lehet "visszafoglalni" a projekt teljes befejezése nélkül. Amíg az űrlift, a szökőkút vagy a tömegvezető teljesen ki nem épül és be nem indul, addig ebből semmi haszon nem származik.
A szív megnyugszik
Hogyan lehet felvidítani ezek után a szomorú gondolatok után? Két érvem van - az egyik elvont és alapvető, a másik konkrétabb.
Először is, a haladás egésze nem egy S-görbe, hanem sok közülük, ami éppen ilyen optimista képet alkot:
A repülés történetében meg lehet különböztetni például:
És az biztos, hogy te és én hasonló ponton vagyunk az űrhajózás fejlődésében. Igen, most némi stagnálás tapasztalható, és még a visszagörgetés is lehetséges, de az emberiség a legjobb képviselőinek fejével áttör a tudás falán, és valahol, még nem vették észre, egy új jövő hajtásai törnek át.
A második érv a közlekedési és energetikai modul nukleáris reaktorának fejlesztéséről szóló hír, amely nem sok felhajtás nélkül zajlik:
A projekt legfrissebb híre a nyár volt - összeállították az első TVEL-t. A munka, bár rendszeres nyilvánosság nélkül, nyilvánvalóan folyik, és remélhetjük, hogy a következő években megjelenik egy alapvetően új készülék - egy elektromos meghajtómotorral rendelkező nukleáris vontató.
P. S
Ezek kissé ápolatlan gondolatok, nevezzük őket az első iterációnak. Szeretnék visszajelzést kapni - talán elmulasztottam valamit, vagy helytelenül határoztam meg a jelenség jelentőségét. Ki tudja, lehet, hogy a visszajelzések feldolgozása után koherensebb koncepciót kap, vagy valami érdekeset állít elő?
Avor: lozga