De-a lungul secolului al XX-lea, scriitorii de science fiction au scris mult și cu talent despre explorarea spațiului. Eroii „Chius” au oferit omenirii bogățiile de uraniu Golconda, pilotul Pirx a lucrat ca căpitan al navelor spațiale de marfă uscată, purtătorii de containere și vrachierii s-au plimbat în jurul sistemului solar și nici măcar nu vorbesc despre tot misticismul călătoriei către monolitii misterioși.
Cu toate acestea, secolul 21 nu s-a ridicat la înălțimea așteptărilor. Omenirea stă timidă pe holul Cosmosului, fără a ieși permanent în afara orbitei pământului. De ce s-a întâmplat și ce să spere pentru cei care ar dori să citească în știri despre creșterea randamentului mărului marțian?
Nu este nevoie de nici un violonist
Primul paradox pe care l-am întâlnit este că oamenii nu sunt subiectul cel mai potrivit pentru explorarea spațiului. Scriitorii de science fiction care au venit cu expediții spațiale nu s-au putut baza decât pe experiența istorică a pionierilor Pământului - navigatori, exploratori polari, primii aviatori. Într-adevăr, cum ar diferi cucerirea lui Marte de cucerirea Polului Sud?
Și ici și colo, mediul nu este potrivit pentru viață fără pregătire preliminară, trebuie să transportați provizii cu dvs. și nu puteți ieși în afara navei sau acasă fără a vă pune echipament special. Însă scriitorii de știință-ficțiune și futuristii nu puteau prezice dezvoltarea electronicii și roboticii, iar cercetătorii robotici erau de obicei descriși într-un mod anecdotic:
„A trebuit să mă uit departe de scrisoare timp de o jumătate de oră și să ascult plângerile vecinului meu, cibernetist Șcherbakov. Probabil știți că o mare fabrică subterană de procesare a uraniului și transuranidelor este în construcție la nord de lansatorul de rachete. Oamenii lucrează șase schimburi. Roboți - non-stop; mașini minunate, ultimul cuvânt în cibernetică practică. Dar, așa cum spun japonezii, maimuța cade și din copac. Acum Șcherbakov a venit la mine, supărat ca diavolul, și a spus că o bandă a acestor idioți mecanici (propriile sale cuvinte) au sustras în seara asta unul din marile depozite de minereu, confundându-l, evident, cu un depozit neobișnuit de bogat. Roboții aveau programe diferite, așa că, până dimineața, o parte a depozitului a ajuns în depozitele lansatorului de rachete, o parte - la intrarea în departamentul geologic, iar o parte din acesta nu era în general necunoscută unde. Căutarea continuă."
Video promotional:
Dar niciunul dintre autorii celebri nu a ghicit că un robot în explorarea spațiului are o mulțime de avantaje față de o persoană:
Spre deosebire de un om, un robot are nevoie doar de putere și echilibru termic. Nu este nevoie să transportați zeci de tone de sere, alimente, apă, oxigen, îmbrăcăminte și produse de igienă, medicamente și alte lucruri.
Robotul poate fi trimis într-un singur sens, fără a se întoarce.
Robotul este capabil să funcționeze ani de zile. Experiența Voyagers, Mars rovers sau Cassini sugerează că acum este mai corect să vorbim nu despre ani, ci despre decenii.
Robotul este capabil să lucreze ani de zile în condiții fatale pentru oameni. Sonda Galileo a primit o doză de 25 de ori mai mare decât doza letală pentru oameni și după aceea a funcționat pe orbită timp de 8 ani.
Drept urmare, s-a dovedit că doar roboții care cântăresc câteva tone se încadrează în capacitățile tehnice ale omenirii de a le trimite pe alte planete pentru bani rezonabili și a devenit singura modalitate de a satisface curiozitatea științifică și de a obține fotografii frumoase.
Trăim într-o curbă logistică
A doua greșeală a scriitorilor de science fiction a fost că au prezis dezvoltarea liniară sau chiar exponențială a astronauticii. Deși în 1838 a fost descoperit un astfel de fenomen precum curba logistică. Ce este această bestie cumplită? Luați ca exemplu istoricul aviației:
Anii 1900. Primele biblioteci stângace, primele înregistrări - zboruri pe câțiva kilometri cu un singur pasager.
1910th. Primii cercetași, luptători, bombardiere, avioane de poștă și pasageri.
Anii 1920-1930. Stăpânirea zborurilor pe timp de noapte, primele zboruri transcontinentale.
Anii 1940. Aviația este o forță militară și de transport serioasă.
Anii 1950. Motoarele cu reacție dau un nou impuls dezvoltării aviației - noi viteze, distanțe și înălțimi, chiar și mai mulți pasageri.
Anii 1960-70. Prima aeronavă de pasageri supersonică și cu corp larg, aviația este mai accesibilă.
Anii 1980-90. Frânare. Dezvoltarea devine din ce în ce mai scumpă, firmele de dezvoltare se unesc în companii gigantice. Iar avioanele sunt din ce în ce mai asemănătoare.
Anii 2000. Limită. Cei doi uriași, Boeing și Airbus, fabrică mașini identice exterioare, iar avioanele de pasageri supersonice au dispărut cu totul.
Dacă traduceți aceste realizări în cifre, veți obține următoarea imagine:
În astronautică, situația este exact aceeași:
Pentru claritate, graficul curbei S poate fi suprapus cu un grafic al costurilor pentru a atinge acest nivel:
Iar tristețea „de azi” a noastră este că în astronautică cu tehnologiile existente suntem aproape de nivelul de saturație. Din punct de vedere tehnic, puteți zbura într-o versiune echipată către Lună și chiar pe Marte, dar cumva este păcat pentru bani.
Puneți KC - veți obține gravitația
Următorul aspect trist, care încetinește cursa în spațiu, este că nu s-a descoperit încă ceva foarte valoros, pentru care merită să cheltuiți bani pentru explorarea spațiului dincolo de orbita Pământului. Vă rugăm să rețineți că există o mulțime de sateliți comerciali pe orbita pământului - comunicații, TV și Internet, meteorologice, cartografice. Și toate au beneficii tangibile, monetare. Și la ce folosește o misiune pilotată pe Lună? Iată lista oficială a rezultatelor programului lunar din SUA în valoare de aproximativ 170 miliarde de dolari (în prețurile din 2005):
Luna nu este un obiect primar, este o planetă terestră, cu evoluția și structura sa internă, asemănătoare Pământului.
Luna este veche și păstrează istoria primelor miliarde de ani de evoluție a planetelor terestre.
Cele mai tinere roci lunare au aproximativ aceeași vârstă cu cele mai vechi roci pământești. Urmele primelor procese și evenimente care ar fi putut influența Luna și Pământul se găsesc acum doar pe Lună.
Luna și Pământul sunt legate genetic și formate din diferite proporții ale unui set comun de materiale.
Luna este lipsită de viață și nu conține organisme vii sau materii organice locale.
Rocile lunare provin din procese la temperaturi ridicate fără participarea apei. Acestea sunt clasificate în trei tipuri: bazalturi, anortozite și brecii.
Cu mult timp în urmă, Luna a fost topită la o adâncime mare și a format un ocean de magmă. Munții Lunari conțin rămășițe de roci timpurii, cu densitate redusă, care pluteau pe suprafața acestui ocean.
Oceanul de magmă a fost format dintr-o serie de impacturi uriașe de asteroizi care au format bazine pline de fluxuri de lavă.
Luna este oarecum asimetrică, posibil datorită influenței Pământului.
Suprafața lunară este acoperită cu bucăți de piatră și praf. Aceasta se numește regolit lunar și conține istoria radiativă unică a Soarelui, care este importantă pentru înțelegerea schimbărilor climatice de pe Pământ.
Toate acestea sunt foarte interesante (fără glume), dar toate aceste cunoștințe au un dezavantaj iremediabil - nu o puteți răspândi pe pâine, nu o puteți vărsa într-un rezervor de benzină sau nu puteți construi o casă din ea. Dacă un anumit „eleriu”, „tiberiu” sau alt shishdostaniu ar fi descoperit în imensitatea spațiului, care ar putea fi folosit ca:
Sursă de energie rentabilă.
O parte integrantă a producției a ceva valoros și util.
Alimente / medicamente / vitamine de o calitate fundamental nouă.
Un obiect de lux sau o sursă de plăcere.
Dacă ar crește, de asemenea, doar pe Marte sau în centura de asteroizi (și nu a fost reprodus pe Pământ) și ar putea fi exploatat doar de oameni (astfel încât umanitatea vicleană să nu trimită roboți mai ieftini și mai nepretențioși), atunci ar fi explorarea spațială pilotată care ar primi un stimulent neprețuit. Și în lipsa lui, într-un scenariu pesimist din anii 2020, omenirea ar putea pierde o prezență permanentă chiar și pe orbita apropiată a pământului - pe fondul unor vase de cooperare internațională sparte de politicieni, contribuabilii ar putea întreba: „De ce avem nevoie de o nouă stație după ISS?”
Blestemul formulei Ciolkovski
Iată-l, inamicul cosmonauticii:
Aici:
V este viteza finală a rachetei.
I - impulsul specific al motorului (câte secunde motorul pe 1 kilogram de combustibil poate crea un impuls 1 Newton)
M1 este masa inițială a rachetei.
M2 este masa finală a rachetei.
V pentru cazul rezervoarelor pline va fi marja de viteză caracteristică, adică marja de viteză cu care putem accelera / decelera dacă este necesar. Aceasta se mai numește și marja delta-V (delta înseamnă schimbare, adică este marja pentru schimbarea vitezei).
Care este problema aici? Să luăm o hartă a schimbărilor de viteză necesare pentru sistemul solar:
Să ne imaginăm acum că vrem să zburăm spre Marte și înapoi. Aceasta va însemna:
9400 m / s - începe de la Pământ.
3210 m / s - părăsirea orbitei Pământului.
1060 m / s - interceptarea lui Marte.
0 m / s - intrarea pe orbita joasă a lui Marte (triunghiul alb înseamnă posibilitatea de frânare împotriva atmosferei).
0 m / s - aterizare pe Marte (încetinim atmosfera).
3800 m / s - pleacă de pe Marte.
1440 m / s - accelerație de pe orbita Marte.
1060 m / s - interceptarea Pământului.
0 m / s - intrarea pe o orbită terestră joasă (încetinim împotriva atmosferei)
0 m / s - aterizare pe Pământ (încetinim atmosfera).
Rezultatul este o cifră frumoasă de 19970 m / s, pe care o rotunjim până la 20.000 m / s. Fie ca racheta noastră să fie ideală, iar volumul de combustibil nu afectează în niciun fel masa sa (rezervoarele, conductele nu cântăresc nimic). Să încercăm să calculăm dependența masei inițiale a rachetei de masa finală și de impulsul specific. Transformând formula Tsiolkovsky, obținem:
M1 = eV / I * M2
Să folosim pachetul matematic gratuit Scilab. Luăm masa finală în intervalul de 10-1000 de tone, impulsul specific va varia de la 2000 m / s (motoare chimice pe hidrazină) la 200.000 m / s (estimare teoretică a impulsului maxim al motorului de propulsie electrică pentru ziua de azi). Trebuie să spun imediat că pentru masa maximă și impulsul minim va exista o valoare foarte mare (22 de milioane de tone), astfel încât scala de afișare va fi logaritmică.
[m2 I] = meshgrid (10: 50: 1000,2000: 5000: 200000);
m1 = log (exp (20000 * I. ^ - 1). * m2);
surf (m2, I, m1)
Acest frumos grafic este, de fapt, un verdict vizual pentru motoarele chimice. Aceasta nu este o veste - la motoarele chimice, așa cum arată practica perfect, în mod normal puteți lansa sonde mici, dar chiar și zborul pe Lună cu un echipaj este deja oarecum dificil.
Să ne ușurăm condițiile. În primul rând, să presupunem că pornim de pe orbita Pământului și, în loc de 20 km / s, avem nevoie de 10. În al doilea rând, am tăiat „coada” motoarelor chimice ineficiente, stabilind valoarea minimă de I la 4400 m / s (AI a motorului cu hidrogen al Navetei Spațiale). RS-25):
[m2 I] = meshgrid (10: 50: 1000,4400: 5000: 200000);
m1 = log (exp (10000 * I. ^ - 1). * m2);
surf (m2, I, m1)
Scara logaritmică:
Scara liniara:
Vom renunța complet la motoarele chimice. Motorul nuclear NERVA avea un AI de 9000 de secunde. Să recalculăm:
[m2 I] = meshgrid (10: 50: 1000.9000: 5000: 200000);
m1 = exp (10000 * I. ^ - 1). * m2;
surf (m2, I, m1)
Scara liniara:
De ce repet aceste grafice monotone? Faptul este că zona plană desemnată drept „motiv pentru optimism” arată că atunci când apar motoare cu un AI mai mare de 50.000 m / s, va deveni posibil să se zboare mai mult sau mai puțin tolerabil fără nave cu o masă de pornire de milioane de tone în cadrul sistemului solar. Și motoarele de propulsie electrică, care există deja, au un ID de 25000-30000 m / s (de exemplu, SPD 2300).
Cu toate acestea, este necesar să înțelegem că motivul optimismului este foarte restrâns. În primul rând, aceste mii de tone trebuie să fie livrate pe orbita Pământului (și acest lucru este extrem de dificil). În al doilea rând, motoarele electrice de propulsie existente au o tracțiune mică și, pentru a accelera cu o accelerație adecvată, trebuie instalate reactoare multi-megawați.
Să construim un alt grafic interesant. Spuneți-ne masa finală - 1000 de tone. Să construim dependența masei inițiale de impulsul specific și viteza finală:
[VI] = meshgrid (10000: 2000: 100000.50000: 5000: 200000);
m1 = exp (V. * (I. ^ - 1)) * 1000;
navigare (V, I, m1)
Acest grafic este interesant prin faptul că este, într-un anumit sens, o privire asupra viitorului mai îndepărtat al umanității. Dacă dorim un zbor confortabil și rapid prin sistemul solar, atunci va trebui să mergem cu un ordin de mărime mai mare în stăpânirea impulsului specific - avem nevoie de motoare cu un AI de câteva sute de mii de metri pe secundă.
Nu sunt pești aici
Omenirea se distinge prin viclenie și ingeniozitate. Prin urmare, multe idei au fost inventate pentru a facilita accesul la spațiu. Unul dintre cei mai importanți parametri care caracterizează bariera pe care vrem să o depășim este costul plasării unui kilogram pe orbită. Acum, conform diferitelor estimări (această coloană a fost eliminată de pe Wiki, aici, de exemplu, o altă sursă) pentru diferite vehicule de lansare, acest preț este cuprins între 4000 și 13000 USD pe kilogram pentru orbita de pământ. Cu ce ați încercat să veniți pentru a face mai ușor, mai ușor și mai ieftin intrarea cel puțin în orbita apropiată a pământului?
Sisteme refolosibile. Din punct de vedere istoric, această idee a eșuat deja o dată în programul Space Shuttle. Acum Elon Musk face acest lucru, planificând să planteze prima etapă. Aș dori să-i urez mult succes, dar pe baza eșecului trecut, nu cred că aceasta va fi o descoperire calitativă. În cel mai bun caz, costul va scădea cu câteva procente.
O singură etapă pe orbită. Ea nu a depășit proiectele, în ciuda încercărilor repetate.
Pornirea aerului. Există un proiect reușit pentru o sarcină utilă mică, dar nu se adaptează la sarcini grele.
Lansare spațială fără rachete. Au fost inventate o mulțime de proiecte, dar toate au un dezavantaj fatal - sunt necesare investiții astronomice, care nu pot fi „recapturate” fără finalizarea completă a proiectului. Până când liftul spațial, fântâna sau șoferul de masă nu sunt complet construite și lansate, nu există niciun profit din acesta.
Decât inima se va liniști
Cum te poți înveseli după aceste reflexii triste? Am două argumente - unul abstract și fundamental, celălalt mai specific.
În primul rând, progresul în ansamblu nu este o singură curbă S, ci multe dintre ele, care formează o imagine atât de optimistă:
În istoria aviației, se pot distinge, de exemplu:
Și, cu siguranță, ne aflăm într-un moment similar în dezvoltarea cosmonauticii. Da, acum există o oarecare stagnare și chiar este posibilă o retragere, dar omenirea, cu capetele celor mai buni reprezentanți ai săi, străpunge zidul cunoașterii și undeva, neobservat încă, lăstarii unui nou viitor străpung.
Al doilea argument este știrea despre dezvoltarea unui reactor nuclear pentru modulul de transport și energie, care merge fără prea multe agitații:
Ultimele știri despre acest proiect au fost în vară - a fost asamblat primul TVEL. Munca, deși fără publicitate regulată, se desfășoară în mod evident și se poate spera la apariția în următorii ani a unui aparat fundamental nou - un remorcher nuclear cu un motor de propulsie electrică.
P. S
Acestea sunt gânduri oarecum neîngrijite, să le numim prima iterație. Aș dori să primesc feedback - poate că am ratat ceva sau am definit incorect semnificația fenomenului. Cine știe, poate după procesarea feedback-ului, veți obține un concept mai coerent sau veți veni cu ceva interesant?
Avor: lozga
