Помилки наукової фантастики або мислення про те, чому простір закривається

Протягом ХХ століття письменники науковців писали чимало і талановито про розвідку простору. Герої «Гій» дали людство багатство Урану Гольконди, пілот Пірк працював капітаном об'ємних носіїв космосу, лідером-контейнерами і наповнювачем-трампами, які проходили через Сонячну систему, і я не згадую про будь-який містизм подорожі до таємничих монолітів. Проте 21-й ст. не жив до очікувань. Макіндно timidly стоїть в передпокою Космос, не отримувати на постійній основі за межами орбіти Землі. Чому це сталося і що сподіватися на тих, хто хотів би прочитати в новинах про збільшення врожайності мартіанських яблунь?

Першими парадоксами ми зустрілися, що людина не є найбільш підходящим предметом для розвідки простору. Навігатори, полярні дослідники, перші іаватори. Дійсно, як би завоювання Марса відрізняється від завоювання Південного полюса? І там, і там нездійсненне середовище без попередньої підготовки, потрібно переносити поставки, а поза судном або будиночком не може йти без зносу спеціального обладнання. Але наукова фантастика і футуристи не змогли прогнозувати розвиток електроніки і робототехніки, і робототехніки, як правило, були описані в анекдотичному моді:
Я зустріла з листа на півгодини і слухав зв’язки мого сусіда, кібернетичний Щербаков. Ви, мабуть, знаєте, що на півночі ракетно-пускового майданчика, є величезний підземний уран і трансуранний переробний завод під будівництвом. Люди працюють шість змін. Роботи цілодобово, чудові машини, останнє слово практичної кібернетики. Як кажуть японські мавпи з дерева. Тепер Щербаков, сердитися як пекло, прийшов до мене і повідомив, що банда цих механічних ідіотів (власнослових слів) була заповнена однією з великих рудних депоів минулого дня, незважаючи на це, очевидно, для незвичайно насиченого родовища. У складах ракетно-пускового майданчика деякі на вході в геологічне управління, а деякі не відомі де. Продовжуємо пошук. Але жоден з відомих авторів здогадував, що робота в космічних дослідженнях має безліч переваг над людиною:

• На відміну від людини, робот потребує потужності і теплового балансу. Не носимо з вами десятки тонн теплиць, продуктів харчування, води, кисню, одягу та гігієни, медикаментів та інших речей.
• Робот може бути відправлений таким чином без повернення.
• Робот може працювати протягом багатьох років. Досвід Voyagers, Mars rovers або Cassini пропонує, що тепер більш правильно говорити не про роки, але десятиліття.
• Робот може працювати протягом років в умовах, які смертельно хворіють на людину. Пробе Галіло отримав дозу 25 разів більше мертво до людини, а потім працював на орбіті протягом 8 років.

Як результат, тільки роботи зважують кілька тонн, вписуються в технічні можливості людства, щоб відправити їх на інші планети за розумні гроші і стали єдиним способом задовільнити наукову згуртованість і отримати красиві фотографії.

Другою помилкою наукової фантастики було прогнозування лінійного або навіть доцільного розвитку астрономії. У 1838 році виявлено логістичну криву. Що таке страшний звір? Взяти історію авіації:

• 1900-ті рр. Перші клімські полки, перші записи - рейси на кілька кілометрів з одним пасажиром.
• 1910-ті рр. Перші скидки, винищувачі, бомбардувальники, поштові та пасажирські літаки.
• 1920-1930 рр. Вночі перші трансконтинентальні рейси.
• 1940-і рр. Авіація є серйозною військово-транспортною силою.
• 1950-ті рр. Двигуни Jet дають новий імпульс розвитку авіації - нові швидкості, діапазони і висоти, ще більше пасажирів.
• 1960-70-ті рр. Найпопулярніші та найширші пасажирські літаки, авіація якісно доступна.
• 1980-ті рр. Ласка. Розвиток стає більш дорогими, що компанії-розробники збираються в гігантських компаніях. У літаках стає все більш і більш схожим.
• 2000р. Ліміт. Два гіганти «Боенг» і «Аеробус» роблять здавалося б ідентичні автомобілі, надзвукові пасажирські літаки виділяють.

Якщо ви передаєте ці досягнення в числах, ви отримуєте цю картину:


У просторі ситуація точно така ж:


Для чіткості на графіку S-curve можна накласти графік витрат для досягнення цього рівня:


А смартість нашого "субота" полягає в тому, що в космічних дослідженнях, використовуючи існуючі технології, ми близько до насиченості. Технічно ви можете літати в маніфестації до місяця і навіть Марса, але якось гроші є патологічними.

Наступний сумний аспект, уповільнює стрибок в космос - до тих пір, поки щось дуже цінне відкриття, для чого варто витрачати гроші на космічні розвідки за орбітою Землі. Зауважте, що в низько-земному орбіті тепер багато комерційних супутників — зв'язку, телебачення і інтернет, метеорологічних, картографічних. І всі вони мають відчутні, виражені в грошових пільгах. Які переваги мандатних місій до місяця? Ось офіційний список результатів прогрунтової програми $ 170 млрд. грн. (у 2005 р. ціни):

• Місяця – це непривабливий об’єкт, це земна планета, з власною еволюцією та внутрішньою структурою, схожою на Землю.
• Місяць є давньою і зберігає історію перших мільярдів років еволюції земних планет.
• Наймолодші місячні скелі про той же вік, як найстаріші землеробства. Сліди ранніх процесів і подій, які можуть вплинути на Місяць і Землю, можна знайти лише на Місяці.
• Місяць і Земля генетично пов'язані і утворюються з різних пропорцій загального набору матеріалів.
• Місяця не містить живих організмів або органічних речовин місцевого походження.
• Від високотемпературних процесів без води. Вони діляться на три види: базальти, анортогозит і грудча.
• Довгий тому місяць розтопився на велику глибину і утворився океан магми. Місячні гори містять залишки ранньої неоднорідності гірських порід, які плавають на поверхні цього океану.
• magma океан був утворений рядом величезних астероїдних впливів, які утворилися басейни, наповнені мережами.
• Місяць дещо асиметричний, можливо, завдяки впливу Землі.
• Поверхня місяця покривається шматочками породи і пилу. Це називається місячним реголітом і містить унікальну історію випромінювання Сонця, яка важлива для розуміння змін клімату на Землі.

Це всі дуже цікаві (без жартів), але всі ці знання мають незрівнянний недолік – вони не можуть поширюватися на хліб, залити в газовий бак або побудувати будинок з них. У величезності простору, які можуть використовуватися як:

• Економічне джерело енергії.
• Компонент виробництва щось цінне і необхідне.
• Продукти харчування/медицина/вітамін – нова якість.
• Об'єкт розкоші або джерела задоволення.

Якщо вона також виросла тільки на Марсі або в астероїдному поясі (і не була відтворена на Землі) і може бути передана тільки людям (так, що людство не буде відправлено дешевше і невибагливих роботів), то він буде мандатований розвідка простору отримає неоціненний стимул. І за відсутності цього в песимістичному сценарії в 2020-х роках людство може втратити постійний доступ навіть на низькоземному орбіті – на тлі каштанів міжнародної співпраці збитих політиками, платників податків може попросити: «Чому нам потрібна нова станція після МІС?» ?

Кріз формули Циолковського Тут це, Nemesis of Cosmonautics:


Ось:

• V є кінцевою швидкістю ракети.
• I - специфічний імпульс двигуна (як багато секунд двигун за 1 кілограм палива може створити тягу 1 Ньютон)
• M1 - початкова маса ракети.
• M2 - фінальна маса ракети.

В у випадку повних резервуарів буде резерв характерної швидкості, тобто запас швидкості, з якою ми можемо прискорити / гальмувати при необхідності. Це також відомий як delta-V (delta означає зміну, тобто це запас зміни швидкості).
Яка проблема тут? Візьміть схему необхідних змін швидкості для сонячної системи (велика картина):
182 р.

Повідомляємо, що ми хочемо піти на Марс і назад. Що б бути:

1. 9400 м/с — ліфт
2. 3210 м / с - залишаючи орбіту Землі.
3. 1060 м/с — інтерцепція Марс.
4. 0 м / с - досягти низької орбіти Марса (білий трикутник означає можливість гальмування на атмосферу).
5. 0 м / с - посадка на Марсі ( гальмівний проти атмосфери).
6. 3800 м / с — від Марса.
7. 1440 м / с — прискорення від орбіти Марса.
8. 1060 м/с — перехоплення Землі.
9. 0 м / с - досягаючи низької орбіти Землі ( гальмівний проти атмосфери).
10. 0 м / с - посадка на Землі ( гальмівний проти атмосфери).

Виявляється гарним числом. 19970 м/сякі ми округли 20 000 кв.м.й Нехай ракета буде ідеальною, а кількість палива не впливає на її масу (танки, трубопроводи зважають нічого). Давайте спробуємо розрахувати залежність початкової маси ракети на кінцеву масу і конкретну мить. Ми отримуємо:
М1=ЄВ/І*М2
Використовуйте безкоштовний пакет математики Scilab. Візьміть кінцеву вагу в діапазоні 101000 тонн, специфічний імпульс буде відрізнятися від 2000 м / с (хімічні двигуни на гідразину) до 200 000 м / с (теоретична оцінка максимального імпульсу ERD на сьогодні). Хочу сказати, що максимальна маса і мінімальний імпульс буде дуже високою вартістю (22 млн тонн), тому масштаб дисплея буде логарифмічною.

[m2 I]=meshgrid(10:50:1000,2000:5000:200000); m1=log(exp(20000*I.^-1).*m2); серфінг(m2,I,m1)


Цей красивий графік є важливим візуальним реченням хімічних двигунів. Це не новина - на хімічні двигуни, так як практика відмінно показує, ви можете зазвичай запустити невеликі зонди, але навіть місяць літати з екіпажом вже дещо складно.
Нехай це легко. По-перше, нехай ми починаємо з орбіти Землі, а замість 20 км/с нам потрібно 10. По-друге, обрізаємо хвіст неефективних хімічних двигунів, встановлюємо мінімальне значення I 4400 м / с (Hydrogen Engine Space Shuttle RS-25):

[m2 I]=meshgrid(10:50:1000,4400:5000:200000); m1=log(exp(10000*I.^-1).*m2); серфінг(m2,I,m1)
Логарифмічна вага:
р.

Лінійний масштаб:
р.

Ми повністю відмовимо від хімічних двигунів. На атомному двигуні NERVA з 9000 секунд. Регулятор:

[m2 I]=meshgrid(10:50:1000,9000:5000:200000); m1=exp(10000*I.^-1).*m2; серфінг(m2,I,m1)
Лінійний масштаб:
р.

Чому я можу повторити ці графіки? Справа в тому, що плоска площа, призначена як «резонанс для оптимізму», показує, що коли є двигуни з ІІ більш ніж 50 000 м / с, в рамках Сонячної системи можна літати більш-менш толерантно без судів з початковою масою мільйонів тонн. І ERDs, які вже там, мають II від 25000-30000 м / с (наприклад, SPD 2300).
Однак слід розуміти, що причина оптимізму дуже стримана. По-перше, ці тисячі тонн повинні бути доставлені на орбіту Землі (і це надзвичайно важко). По-друге, існуючі ЕРДи мають невелику тягу, і для прискорення при відповідному прискорення, необхідно встановити багатомегаватні реактори.

Зробіть ще один цікавий графік. Ми знаємо кінцеву масу 1000 тонн. Ми будуємо залежність початкової маси на конкретний імпульс і кінцеву швидкість:

[V I]=meshgrid(10000:2000:100000.50000:5000:200000); m1=exp(V.*(I.^-1)*1000; серфінг(V,I,m1)


Цікаво, що цей графік є те, що це свого роду стрибок в майбутнє людства. Якщо ми хочемо комфортний і швидкий рейс через сонячну систему, то нам доведеться піти ще вище в розробці конкретного імпульсу - вам знадобиться двигуни з TR в кілька сотень тисяч метрів на другий.

Манкінд відрізняється кінною і винахідливістю. Так було придумано багато ідей для полегшення доступу до простору. Одним з найважливіших параметрів, які характеризують бар'єр, який ми хочемо перестрибати, є вартість введення кілограма на орбіту. Тепер, згідно з різними оцінками (цей стовпчик був видалений з Вікі, наприклад, іншого джерела) для різних ракетних транспортних засобів, ця ціна знаходиться в діапазоні $ 4000-$13,000 за кілограм на низьку орбіту Землі. Що ви спробували придумати, щоб зробити це простіше, простіше і дешевше, щоб отримати принаймні низькоземну орбіту?

• Відновлювані системи. У програмі Space Shuttle вже не вдалося. Тепер це робиться Елоном Муским, який планує висаджувати перший етап. Я хотів би побажати йому кожен успіх, але виходячи з його минулої недостатності, я не думаю, що це буде якісним проривом. У кращому випадку вартість буде впадати на кілька відсотків.
• Один етап Орбіту. Попри повторні спроби не пішло.
• Запуск повітря. У нас є успішний проект для невеликого навантаження, але не масштабується на важких навантаженнях.
• Бездротовий простір. Багато проектів були винайдені, але всі вони мають жирний недолік – необхідні астрономічні інвестиції, які не можуть бути «порушені» без завершення проекту. До космічного ліфта, фонтану або масажного драйвера повністю вбудований і запущений, немає прибутку від нього.

Як можна підняти настрій після цих сумних думок? У мене є два аргументи, один абстрактний і фундаментальний, інший більш конкретний.
По-перше, прогрес в цілому не один S-curve, але багато з них, які формують цей оптимістичний малюнок:



В історії авіації, наприклад:


І, напевно, ми стоїтьмо на аналогічній точці розвитку просторової розвідки. Так, зараз існує певна застійка, і навіть розворот можливий, але людство з головами своїх кращих представників розбивається через стіну знань, а десь, ще не помітили, пагони нового майбутнього прориваються через.

Другим аргументом є тиха новина про розвиток ядерного реактора для транспорту та енергетичного модуля:


Останні новини про цей проект був влітку – зібрав перший телевізор. Робота, приплив без регулярної публічності, очевидно, в дорозі далі, і ми можемо сподіватися на виникнення в найближчі роки основоположно нового апарату - ядерного водопілля з ЕРД.

Це дещо невидимі думки, давайте їм першу ітерацію. Хочу отримати зворотній зв'язок - можливо, я пропустив або виправдав значення явища. Хто знає, можливо, після обробки зворотнього зв'язку отримає більш широку концепцію або придумати щось цікаве?

CDPV з. Ілюстрації S-curves з старого LJ Alexei Anpilogov.

Джерело: geektimes.ru/post/242168/