Visame XX amžiuje mokslinės fantastikos rašytojai daug ir talentingai rašė apie kosmoso tyrimus. „Chius“herojai padovanojo žmonijai „Uranium Golconda“turtus, pilotas Pirxas dirbo kosminių sausųjų krovininių laivų kapitonu, lyderiai-konteinerių ir birių krovinių vežėjai vaikščiojo po Saulės sistemą, o aš net nekalbu apie visą kelionės į paslaptingus monolitus mistiką.
Tačiau XXI amžius nepateisino lūkesčių. Žmonija nedrąsiai stovi Kosmoso koridoriuje, nuolat neišlipdama už žemės orbitos. Kodėl taip atsitiko ir ko tikėtis tiems, kurie norėtų paskaityti naujienose apie Marso obelų derlingumo didinimą?
Nereikia smuikininko
Pirmasis paradoksas, su kuriuo susidūrėme, yra tai, kad žmonės nėra tinkamiausias kosmoso tyrinėjimų objektas. Mokslinės fantastikos rašytojai, sugalvoję kosmines ekspedicijas, galėjo remtis tik istorine Žemės pradininkų - jūrininkų, poliarinių tyrinėtojų, pirmųjų aviatorių - patirtimi. Iš tiesų, kuo Marso užkariavimas skirtųsi nuo Pietų ašigalio užkariavimo?
O štai ten aplinka yra netinkama gyvenimui be išankstinio pasirengimo, reikia nešiotis atsargas su savimi ir negalima išeiti už laivo ar namo nepadėjus specialios įrangos. Tačiau mokslinės fantastikos rašytojai ir futuristai negalėjo numatyti elektronikos ir robotikos raidos, o robotų tyrinėtojai paprastai buvo apibūdinami anekdotiškai:
„Teko pusvalandį pažvelgti nuo laiško ir išklausyti kaimyno, kibernetiko Ščerbakovo skundų. Jūs tikriausiai žinote, kad į šiaurę nuo raketų paleidimo įrengiama didžiulė požeminė urano ir transuranido perdirbimo gamykla. Žmonės dirba šešias pamainas. Robotai - visą parą; nuostabios mašinos, paskutinis žodis praktinėje kibernetikoje. Bet, kaip sako japonai, beždžionė taip pat nukrenta nuo medžio. Dabar Ščerbakovas atėjo pas mane, supykęs kaip velnias, ir pasakė, kad šių mechaninių idiotų gauja (jo paties žodžiai) šįvakar pavogė vieną iš didelių rūdos sandėlių, akivaizdžiai suklaidindama dėl neįprastai turtingo indėlio. Robotai turėjo skirtingas programas, todėl iki ryto sandėlio dalis atsidūrė raketos paleidimo sandėliuose, dalis - prie įėjimo į geologinį skyrių, o dalis paprastai nebuvo žinoma kur. Paieška tęsiasi “.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Nė vienas iš gerai žinomų autorių neatspėjo, kad kosmoso tyrinėjimo robotas turi daug pranašumų prieš žmogų:
Skirtingai nuo žmogaus, robotui reikia tik galios ir šilumos balanso. Nereikia vilkti dešimčių tonų šiltnamių, maisto, vandens, deguonies, drabužių ir higienos priemonių, vaistų ir kitų dalykų.
Robotą galima siųsti atgal į vieną pusę.
Robotas sugeba dirbti daugelį metų. „Voyagers“, „Mars rover“ar „Cassini“patirtis rodo, kad dabar teisingiau kalbėti ne apie metus, o apie dešimtmečius.
Robotas gali daugelį metų dirbti žmonėms lemtingomis sąlygomis. „Galileo“zondas gavo 25 kartus didesnę dozę nei mirtina žmonėms, ir po to orbitoje dirbo 8 metus.
Todėl paaiškėjo, kad tik keli tonos sveriantys robotai tinka žmonijos techninėms galimybėms už protingus pinigus juos siųsti į kitas planetas ir tapo vieninteliu būdu patenkinti mokslinį smalsumą ir gauti gražių nuotraukų.
Mes gyvename logistinėje kreivėje
Antra mokslinės fantastikos rašytojų klaida buvo ta, kad jie numatė linijinę ar net eksponentinę astronautikos raidą. Nors dar 1838 m. Buvo atrastas toks reiškinys kaip logistinė kreivė. Kas yra šis baisus žvėris? Paimkime aviacijos istoriją kaip pavyzdį:
1900-ieji. Pirmosios nepatogios knygų spintos, pirmieji įrašai - kelių kilometrų skrydžiai su vienu keleiviu.
1910-oji. Pirmieji skautai, naikintuvai, bombonešiai, paštas ir keleiviniai lėktuvai.
1920–1930 m. Įvaldyti skrydžius naktį, pirmieji tarpžemyniniai skrydžiai.
1940 m. Aviacija yra rimta karinė ir transporto jėga.
1950-ieji. Reaktyviniai varikliai suteikia naują impulsą aviacijos plėtrai - nauji greičiai, diapazonai ir aukštis, dar daugiau keleivių.
1960-70 metai. Pirmasis viršgarsinis ir plataus korpuso keleivinis lėktuvas - aviacija yra labiau prieinama.
1980-90 metai. Stabdymas. Plėtra tampa vis brangesnė, plėtros firmos jungiasi į milžiniškas kompanijas. O lėktuvai vis labiau panašūs vienas į kitą.
2000-ieji. Apriboti. Du milžinai - „Boeing“ir „Airbus“- gamina išoriškai identiškas mašinas, o viršgarsiniai keleiviniai orlaiviai visai išmirė.
Jei paversite šiuos pasiekimus skaičiais, gausite tokį vaizdą:
Astronautikoje situacija yra visiškai tokia pati:
Kad būtų aiškiau, S kreivės grafiką galima uždengti išlaidų grafiku, kad pasiektumėte šį lygį:
Mūsų „šiandienos“liūdesys yra tas, kad astronautikoje su esamomis technologijomis esame arti prisotinimo lygio. Techniškai galima nuskristi pilotuojama versija į Mėnulį ir net Marsą, bet kažkaip gaila pinigų.
Įdėkite KC - gausite sunkumą
Kitas liūdnas aspektas, lėtinantis brūkšnį į kosmosą, yra tai, kad dar neatrasta kažkas labai vertingo, už kurį verta išleisti pinigus kosmoso tyrimams už Žemės orbitos ribų. Atkreipkite dėmesį, kad žemos žemės orbitoje yra daugybė komercinių palydovų - ryšių, televizijos ir interneto, meteorologinių, kartografinių. Jie visi turi apčiuopiamos, piniginės naudos. O ko naudinga pilotuojama misija į mėnulį? Štai oficialus JAV Mėnulio programos, kurios vertė siekia maždaug 170 mlrd. USD (2005 m. Kainomis), rezultatų sąrašas:
Mėnulis nėra pagrindinis objektas, jis yra žemės planeta, savo evoliucija ir vidine struktūra panaši į Žemę.
Mėnulis yra senovinis ir saugo pirmųjų milijardo sausumos planetų evoliucijos metų istoriją.
Jauniausios mėnulio uolienos yra maždaug tokio pat amžiaus kaip ir seniausios žemiškos uolienos. Ankstyviausių procesų ir įvykių, kurie galėjo turėti įtakos Mėnuliui ir Žemei, pėdsakų dabar galima rasti tik Mėnulyje.
Mėnulis ir Žemė yra genetiškai susiję ir susidaro iš skirtingų bendro medžiagų rinkinio proporcijų.
Mėnulis yra negyvas ir jame nėra gyvų organizmų ar vietinių organinių medžiagų.
Mėnulio uolienos atsirado dėl aukštos temperatūros procesų, nedalyvaujant vandeniui. Jie skirstomi į tris tipus: bazaltai, anortozitai ir brecijos.
Seniai Mėnulis buvo ištirpęs labai giliai ir suformavo magmos vandenyną. Mėnulio kalnuose yra ankstyvų, mažo tankio uolienų, plaukusių šio vandenyno paviršiuje, liekanų.
Magmos vandenyną suformavo didžiuliai asteroidų smūgiai, suformavę lavos srautais užpildytus baseinus.
Mėnulis yra šiek tiek asimetriškas, galbūt dėl Žemės įtakos.
Mėnulio paviršius padengtas uolienų gabalais ir dulkėmis. Tai vadinama mėnulio regolitu ir apima unikalią Saulės spinduliavimo istoriją, kuri yra svarbi norint suprasti klimato pokyčius Žemėje.
Visa tai yra labai įdomu (nejuokaujama), tačiau visos šios žinios turi nepataisomą trūkumą - negalima jų tepti ant duonos, pilti į degalų baką ar statyti iš jos namą. Jei kosmoso platybėse būtų atrastas tam tikras „eleriumas“, „tiberiumas“ar kitas šišdostanas, kurį būtų galima naudoti kaip:
Ekonomiškas energijos šaltinis.
Neatsiejama kažko vertingo ir naudingo gamybos dalis.
Maistas / vaistas / vitaminas iš esmės naujos kokybės.
Prabangos dalykas ar malonumo šaltinis.
Jei jis taip pat augo tik Marse arba asteroidų juostoje (o Žemėje jo nebuvo atgaminamas) ir jį galėjo išminuoti tik žmonės (kad gudri žmonija nesiųstų pigesnių ir nepretenzingesnių robotų), tada neįkainojamą paskatą gautų pilotuojami kosmoso tyrimai. Jo nesant, pagal pesimistinį scenarijų 2020-aisiais žmonija gali netekti nuolatinio buvimo net netoli žemės orbitos - atsižvelgiant į politikų sumuštus tarptautinio bendradarbiavimo puodus, mokesčių mokėtojai gali paklausti: "Kodėl mums reikia naujos stoties po TKS?"
Ciolkovskio formulės prakeiksmas
Štai, kosmonautikos nemezė:
Čia:
V yra galutinis raketos greitis.
I - specifinis variklio impulsas (kiek sekundžių variklis su 1 kilogramu degalų gali sukurti 1 niutoną)
M1 yra pradinė raketos masė.
M2 yra galutinė raketos masė.
Pripildytų bakų atveju V bus būdinga greičio riba, t. Y. Greičio riba, kuria prireikus galime paspartinti / sulėtinti greitį. Tai dar vadinama delta-V riba (delta reiškia pokyčius, t. Y. Tai greičio pokyčio riba).
Kokia čia problema? Paimkime reikiamų Saulės sistemos greičio pokyčių žemėlapį:
Įsivaizduokime dabar, kai norime skristi į Marsą ir atgal. Tai bus:
9400 m / s - startas nuo Žemės.
3210 m / s - paliekant Žemės orbitą.
1060 m / s - Marso perėmimas.
0 m / s - patekimas į žemą Marso orbitą (baltas trikampis reiškia galimybę stabdyti prieš atmosferą).
0 m / s - nusileidimas Marse (mes sulėtiname atmosferą).
3800 m / s - startas nuo Marso.
1440 m / s - pagreitis iš Marso orbitos.
1060 m / s - Žemės perėmimas.
0 m / s - patekimas į žemą Žemės orbitą (sulėtiname tempą prieš atmosferą).
0 m / s - nusileidimas ant Žemės (lėtiname atmosferą).
Rezultatas yra graži 19970 m / s figūra, kurią suapvaliname iki 20 000 m / s. Tegul mūsų raketa yra ideali, o kuro tūris jokiu būdu neturi įtakos jo masei (cisternos, vamzdynai nieko nesveria). Pabandykime apskaičiuoti pradinės raketos masės priklausomybę nuo galutinės masės ir specifinio impulso. Transformuodami Ciolkovskio formulę, gauname:
M1 = eV / I * M2
Panaudokime nemokamą matematinį paketą „Scilab“. Galutinė masė yra 10–1 000 tonų, specifinis impulsas svyruos nuo 2000 m / s (cheminiai varikliai hidrazine) iki 200 000 m / s (teorinis didžiausio elektrinio variklio impulso įvertinimas šiandien). Turiu iš karto pasakyti, kad maksimali masė ir minimalus impulsas bus labai dideli (22 milijonai tonų), todėl rodymo skalė bus logaritminė.
[m2 I] = tinklelis (10: 50: 1000,2000: 5000: 200000);
m1 = žurnalas (galutinis (20000 * I. ^ - 1). * m2);
naršyti (m2, I, m1)
Šis gražus grafikas iš tikrųjų yra vizualinis verdiktas chemijos varikliams. Tai nėra naujiena - kaip puikiai rodo praktika, naudojant cheminius variklius, paprastai galima paleisti mažus zondus, tačiau net skristi į mėnulį su įgula jau yra šiek tiek sunku.
Palengvinkime savo sąlygas. Pirma, tarkime, kad pradedame nuo Žemės orbitos, o vietoj 20 km / s mums reikia 10. Antra, nukirpome neefektyvių cheminių variklių „uodegą“, nustatydami minimalią I vertę iki 4400 m / s (vandenilio variklio „Space Shuttle“AI RS-25):
[m2 I] = tinklelis (10: 50: 1000,4400: 5000: 200000);
m1 = žurnalas (exp (10000 * I. ^ - 1). * m2);
naršyti (m2, I, m1)
Logaritminė skalė:
Linijinė skalė:
Atsisakykime visiškai nuo cheminių variklių. NERVA branduolinio variklio PG buvo 9000 sekundžių. Perskaičiuokime:
[m2 I] = tinklelis (10: 50: 1000.9000: 5000: 200000);
m1 = exp (10000 * I. ^ - 1). * m2;
naršyti (m2, I, m1)
Linijinė skalė:
Kodėl kartoju šiuos monotoniškus grafikus? Faktas yra tas, kad plokščias plotas, nurodytas kaip „optimizmo priežastis“, rodo, kad pasirodžius varikliams, kurių PG yra didesnis nei 50 000 m / s, daugiau ar mažiau pakenčiamai bus galima skristi be laivų, kurių pradinė masė yra milijonai tonų Saulės sistemoje. O jau egzistuojančių elektrinių variklių variklio ID yra 25000–30000 m / s (pavyzdžiui, SPD 2300).
Tačiau reikia suprasti, kad optimizmo priežastis yra labai santūri. Pirma, šie tūkstančiai tonų turi būti pristatyti į Žemės orbitą (o tai yra labai sunku). Antra, esami elektriniai varikliai turi mažą trauką, todėl norint įsibėgėti tinkamu pagreičiu, reikia įrengti kelių megavatų galios reaktorius.
Sukurkime dar vieną įdomų grafiką. Praneškite mums galutinę masę - 1000 tonų. Sukonstruokime pradinės masės priklausomybę nuo konkretaus impulso ir galutinio greičio:
[VI] = tinklelis (10000: 2000: 100000,50000: 5000: 200000);
m1 = exp (V. * (I. ^ - 1)) * 1000;
naršyti (V, I, m1)
Šis grafikas įdomus tuo, kad tam tikra prasme tai žvilgsnis į tolimesnę žmonijos ateitį. Jei norime patogaus ir greito skrydžio per Saulės sistemą, tada, norėdami įvaldyti konkretų impulsą, turėsime eiti vienu dydžiu aukščiau - mums reikia variklių, kurių ID yra keli šimtai tūkstančių metrų per sekundę.
Čia nėra žuvies
Žmonija išsiskiria gudrumu ir išradingumu. Todėl buvo sugalvota daugybė idėjų, kad būtų lengviau naudotis kosmosu. Vienas iš svarbiausių parametrų, apibūdinančių barjerą, kurį norime peršokti, yra kilogramo išleidimo į orbitą kaina. Dabar, remiantis įvairiais vertinimais (ši skiltis buvo pašalinta iš Wiki, čia, pavyzdžiui, kitas šaltinis) įvairioms raketoms, ši žemos Žemės orbitos kaina yra 4000–13 000 USD už kilogramą. Ką bandėte sugalvoti, kad būtų lengviau, lengviau ir pigiau išlipti bent jau į orbitą arti žemės?
Daugkartinio naudojimo sistemos. Istoriškai ši idėja kartą jau žlugo „Space Shuttle“programoje. Dabar Elonas Muskas tai daro ir planuoja pasodinti pirmąjį etapą. Norėčiau palinkėti jam visokeriopos sėkmės, tačiau, atsižvelgiant į praeities nesėkmę, nemanau, kad tai bus kokybinis proveržis. Geriausiu atveju kaina sumažės keliais procentais.
Vieno etapo orbita. Nepaisant pakartotinių bandymų, ji neperžengė projektų ribų.
Oro startas. Yra sėkmingas mažos naudingosios apkrovos projektas, tačiau jis nėra pritaikytas sunkiems kroviniams.
Paleidimas be raketų. Buvo sugalvota daugybė projektų, tačiau visi jie turi lemtingą trūkumą - reikalingos astronominės investicijos, kurių negalima „atgauti“, neužbaigus visiško projekto. Kol nėra visiškai pastatytas ir paleistas kosminis liftas, fontanas ar masinis vairuotojas, iš jo nėra jokios naudos.
Nei širdis nurims
Kaip galite nudžiuginti po šių liūdnų apmąstymų? Turiu du argumentus - vienas abstraktus ir esminis, kitas konkretesnis.
Pirma, visa pažanga nėra viena S kreivė, bet daugybė jų, o tai sudaro tokį optimistinį vaizdą:
Aviacijos istorijoje galima išskirti, pavyzdžiui:
Ir tikrai, jūs ir aš esame panašiame astronautikos vystymosi taške. Taip, dabar yra tam tikras sąstingis ir galimas net grįžimas atgal, tačiau žmonija su savo geriausių atstovų galvomis prasiveržia per žinių sieną, o kažkur, dar nepastebėtam, prasiveržia naujos ateities ūgliai.
Antrasis argumentas yra naujiena apie transporto energijos modulio branduolinio reaktoriaus sukūrimą, kuris vyksta be didelių rūpesčių:
Paskutinės naujienos apie šį projektą buvo vasarą - surinkta pirmoji TVEL. Darbas, nors ir be reguliaraus viešumo, akivaizdžiai vyksta, ir galima tikėtis, kad ateinančiais metais pasirodys iš esmės naujas aparatas - branduolinis vilkikas su elektriniu varikliu.
P. S
Tai yra šiek tiek nevalyvos mintys, pavadinkime jas pirmąja kartojimu. Norėčiau gauti grįžtamąjį ryšį - galbūt aš ką nors praleidau arba neteisingai apibrėžiau reiškinio reikšmę. Kas žino, galbūt apdoroję grįžtamąjį ryšį gausite nuoseklesnę koncepciją ar sugalvosite ką nors įdomaus?
Avor: lozga