V dvajsetem stoletju so pisatelji znanstvene fantastike veliko in nadarjeno pisali o raziskovanju vesolja. Junaki "Chiusa" so človeštvu dali bogastvo uranove Golconde, pilot Pirx je delal kot kapitan vesoljskih ladij za suhi tovor, nosilci kontejnerjev in ladje za prevoz razsutega tovora so hodili po sončnem sistemu in niti ne govorim o vsej mističnosti potovanja do skrivnostnih monolitov.
Vendar 21. stoletje ni izpolnilo pričakovanj. Človeštvo plaho stoji na hodniku Kozmosa, ne da bi trajno izstopilo izven zemeljske orbite. Zakaj se je to zgodilo in kaj upati tistim, ki bi radi prebrali v novicah o povečanju pridelka marsovskih jablan?
Noben violinist ni potreben
Prvi paradoks, s katerim smo se srečali, je, da ljudje niso najbolj primerna tema za raziskovanje vesolja. Pisatelji znanstvene fantastike, ki so pripravili vesoljske odprave, so se lahko zanašali le na zgodovinske izkušnje pionirjev Zemlje - pomorščakov, polarnih raziskovalcev in prvih letalcev. V resnici, kako bi se osvojitev Marsa razlikovala od osvojitve Južnega pola?
In tu in tam je okolje brez predhodne priprave neprimerno za življenje, s seboj morate prinesti zaloge in ne morete iti zunaj ladje ali domov, ne da bi si nadeli posebno opremo. Toda pisci znanstvene fantastike in futuristi niso mogli napovedati razvoja elektronike in robotike, zato so bili raziskovalci robotov običajno opisani na anekdoten način:
»Pol ure sem moral odvrniti pogled od pisma in prisluhniti pritožbam soseda, kibernetista Ščerbakova. Verjetno veste, da se severno od raketometra gradi velik podzemni obrat za predelavo urana in transuranida. Ljudje delajo v šestih izmenah. Roboti - neprekinjeno; čudoviti stroji, zadnja beseda v praktični kibernetiki. A kot pravijo Japonci, tudi opica pade z drevesa. Zdaj je Šcherbakov prišel k meni jezen kot hudič in rekel, da je tolpa teh mehaničnih idiotov (po njegovih besedah) nocoj ukradla eno od večjih skladišč rude in jo očitno zamenjala za nenavadno bogato nahajališče. Roboti so imeli različne programe, zato je do jutra del skladišča končal v skladiščih raketometov, del - na vhodu v geološki oddelek, del pa na splošno ni bilo znano, kje. Iskanje se nadaljuje."
Promocijski video:
Toda nobeden od znanih avtorjev ni uganil, da ima robot pri raziskovanju vesolja veliko prednosti pred človekom:
Za razliko od človeka robot potrebuje le moč in toplotno ravnovesje. S seboj ni treba imeti več deset ton rastlinjakov, hrane, vode, kisika, oblačil in higienskih izdelkov, zdravil in drugih stvari.
Robota lahko pošljete v eno smer, brez vrnitve.
Robot je sposoben delati leta. Izkušnje Voyagerjev, Marsovih roverjev ali Cassinija kažejo, da je zdaj pravilneje govoriti ne o letih, ampak desetletjih.
Robot je sposoben delati leta v pogojih, ki so usodni za ljudi. Sonda Galileo je prejela 25-krat večji odmerek kot smrtni odmerek za ljudi, nato pa je 8 let delovala v orbiti.
Posledično se je izkazalo, da se le roboti, težki več ton, prilegajo tehničnim zmožnostim človeštva, da jih pošljejo na druge planete za razumen denar in so postali edini način, da potešijo znanstveno radovednost in dobijo čudovite fotografije.
Živimo v logistični krivulji
Druga napaka piscev znanstvene fantastike je bila ta, da so napovedovali linearni ali celo eksponentni razvoj astronavtike. Čeprav je bil leta 1838 odkrit takšen pojav, kot je logistična krivulja. Kaj je ta strašna zver? Za primer vzemimo letalsko zgodovino:
19. stoletja. Prve nerodne knjižne omare, prvi zapisi - leti na več kilometrov z enim potnikom.
1910. Prvi skavti, lovci, bombniki, pošta in potniška letala.
1920-1930. Obvladovanje letov ponoči, prvi transkontinentalni leti.
40. leta. Letalstvo je resna vojaška in prometna sila.
Petdeseta leta. Jet motorji dajejo nov zagon razvoju letalstva - nove hitrosti, dosegi in višine, še več potnikov.
1960-70. Prvo nadzvočno in širokotrupno potniško letalo je letalstvo cenovno ugodnejše.
1980-90. Zaviranje. Razvoj postaja vse dražji, razvojna podjetja se združujejo v velika podjetja. In letala so si vedno bolj podobna.
2000-ih. Omejitev. Velikana, Boeing in Airbus, izdelujeta na zunaj enake stroje, nadzvočna potniška letala pa so popolnoma zamrla.
Če te dosežke prevedete v številke, dobite naslednjo sliko:
V astronavtiki je povsem enako:
Za jasnost lahko graf krivulje S prekrijemo z grafom stroškov za dosego te ravni:
In žalost našega »danes« je, da smo v astronavtiki z obstoječimi tehnologijami blizu ravni nasičenosti. Tehnično lahko v letali s posadko letite do Lune in celo Marsa, a nekako je škoda za denar.
Postavite KC - dobili boste gravitacijo
Naslednji žalosten vidik, ki upočasnjuje pomik v vesolje, je, da še ni bilo odkrite nekaj zelo dragocenega, za kar je vredno porabiti denar za raziskovanje vesolja onkraj Zemljine orbite. Upoštevajte, da je v okoli Zemljine orbite veliko komercialnih satelitov - komunikacij, televizije in interneta, meteoroloških in kartografskih. In vsi imajo oprijemljive denarne koristi. In kakšna je korist od misije s posadko na Luno? Tu je uradni seznam rezultatov lunarnega programa v ZDA, vrednega približno 170 milijard USD (v cenah iz leta 2005):
Luna ni primarni objekt, je zemeljski planet s svojo evolucijo in notranjo strukturo, podobno kot Zemlja.
Luna je starodavna in hrani zgodovino prvih milijard let evolucije zemeljskih planetov.
Najmlajše lunine kamnine so približno iste starosti kot najstarejše zemeljske kamnine. Sledi najzgodnejših procesov in dogodkov, ki so lahko vplivali na Luno in Zemljo, lahko zdaj najdemo samo na Luni.
Luna in Zemlja sta genetsko povezani in tvorjeni iz različnih deležev skupnega materiala.
Luna je brez življenja in ne vsebuje živih organizmov ali lokalnih organskih snovi.
Lunine kamnine izvirajo iz visokotemperaturnih procesov brez sodelovanja vode. Razvrščamo jih v tri vrste: bazalti, anortoziti in breče.
Že dolgo nazaj je bila Luna stopljena na veliko globino in je tvorila ocean magme. Lunine gore vsebujejo ostanke zgodnjih kamnin z nizko gostoto, ki so plavale na površju tega oceana.
Ocean magme je bil oblikovan z vrsto velikih udarcev asteroidov, ki so tvorili bazene, napolnjene s tokovi lave.
Luna je nekoliko asimetrična, verjetno zaradi vpliva Zemlje.
Lunina površina je prekrita s kamnitimi koščki in prahom. To se imenuje lunin regolit in vsebuje edinstveno sončno sončno zgodovino, ki je pomembna za razumevanje podnebnih sprememb na Zemlji.
Vse to je zelo zanimivo (brez heca), a vse to znanje ima nepopravljivo pomanjkljivost - ne morete ga namazati na kruh, naliti v rezervoar za plin ali iz njega zgraditi hišo. Če bi v prostranstvu vesolja odkrili določen "elerij", "tiberij" ali drug šišdostanij, ki bi ga lahko uporabili kot:
Stroškovno učinkovit vir energije.
Sestavni del izdelave nečesa dragocenega in koristnega.
Hrana / zdravilo / vitamin popolnoma nove kakovosti.
Luksuzni predmet ali vir užitka.
Če bi zrasel tudi samo na Marsu ali v pasu asteroidov (in ga na Zemlji niso razmnožili) in bi ga lahko kopali le ljudje (tako da premeteno človeštvo ne bi pošiljalo cenejših in nezahtevnejših robotov), potem bi bilo to raziskovanje vesolja s posadko, ki bi dobilo neprecenljivo spodbudo. In če ga ne bi bilo, lahko človeštvo v pesimističnem scenariju v 2020-ih izgubi trajno prisotnost tudi v okolici Zemlje - v ozadju lončkov mednarodnega sodelovanja, ki so jih zlomili politiki, se davkoplačevalci lahko vprašajo: "Zakaj potrebujemo novo postajo po ISS?"
Prekletstvo formule Tsiolkovsky
Tukaj je, nemeza kozmonavtike:
Tukaj:
V je končna hitrost rakete.
I - specifični impulz motorja (koliko sekund lahko motor na 1 kilogram goriva ustvari potisk 1 Newton)
M1 je začetna masa rakete.
M2 je končna masa rakete.
V primeru polnih rezervoarjev bo značilna meja hitrosti, to je meja hitrosti, s katero lahko po potrebi pospešimo / upočasnimo. To se imenuje tudi delta-V meja (delta pomeni spremembo, tj. To je meja za spremembo hitrosti).
V čem je problem tukaj? Vzemimo zemljevid zahtevanih sprememb hitrosti za sončni sistem:
Predstavljajmo si zdaj, da želimo leteti na Mars in nazaj. To bo znašalo:
9400 m / s - začetek od Zemlje.
3210 m / s - zapusti Zemljino orbito.
1060 m / s - prestrezanje Marsa.
0 m / s - vstop v nizko orbito Marsa (beli trikotnik pomeni možnost zaviranja v ozračje).
0 m / s - pristanek na Marsu (v ozračju upočasnimo).
3800 m / s - začetek z Marsa.
1440 m / s - pospešek z Marsove orbite.
1060 m / s - prestrezanje Zemlje.
0 m / s - vstop v nizko zemeljsko orbito (upočasnimo se proti ozračju).
0 m / s - pristanek na Zemlji (v ozračju upočasnimo).
Rezultat je čudovita številka 19970 m / s, ki jo zaokrožimo na 20.000 m / s. Naj bo naša raketa idealna, prostornina goriva pa nikakor ne vpliva na njegovo maso (rezervoarji, cevovodi nič ne tehtajo). Poskusimo izračunati odvisnost začetne mase rakete od končne mase in specifičnega impulza. S preoblikovanjem formule Tsiolkovsky dobimo:
M1 = eV / I * M2
Uporabimo brezplačen matematični paket Scilab. Končno maso vzamemo v območju 10-1000 ton, specifični impulz se bo gibal od 2000 m / s (kemični motorji na hidrazin) do 200.000 m / s (teoretična ocena največjega impulza električnega pogonskega motorja za danes). Takoj moram reči, da bo za največjo maso in najmanjši impulz zelo velika vrednost (22 milijonov ton), zato bo lestvica prikaza logaritmična.
[m2 I] = mrežna mreža (10: 50: 1000,2000: 5000: 200000);
m1 = log (exp (20000 * I. ^ - 1). * m2);
surf (m2, I, m1)
Ta čudovit graf je pravzaprav vizualna razsodba za kemične motorje. To ni novica - na kemičnih motorjih lahko, kot pravi praksa, običajno izstrelimo majhne sonde, a tudi leteti na Luno s posadko je že nekoliko težko.
Olajšajmo si pogoje. Najprej predpostavimo, da izhajamo iz Zemljine orbite in namesto 20 km / s potrebujemo 10. Drugič, odrezali smo "rep" neučinkovitim kemičnim motorjem, pri čemer smo najmanjšo vrednost I postavili na 4400 m / s (AI vodikovega motorja Space Shuttle RS-25):
[m2 I] = mrežasta mreža (10: 50: 1000,4400: 5000: 200000);
m1 = log (exp (10000 * I. ^ - 1). * m2);
surf (m2, I, m1)
Logaritmična lestvica:
Linearna lestvica:
Popolnoma se bomo odpovedali kemičnim motorjem. Jedrski motor NERVA je imel AI 9000 sekund. Preračunajmo:
[m2 I] = mrežasta mreža (10: 50: 1000,9000: 5000: 200000);
m1 = exp (10000 * I. ^ - 1). * m2;
surf (m2, I, m1)
Linearna lestvica:
Zakaj ponavljam te monotone grafe? Dejstvo je, da ravno območje, ki je označeno kot "razlog za optimizem", kaže, da bo ob pojavu motorjev z umetno inteligenco več kot 50.000 m / s mogoče več ali manj sprejemljivo leteti brez ladij z začetno maso milijonov ton znotraj sončnega sistema. In že obstoječi električni pogonski motorji imajo ID 25000-30000 m / s (na primer SPD 2300).
Vendar je treba razumeti, da je razlog za optimizem zelo zadržan. Najprej je treba te tisoče ton dostaviti v zemeljsko orbito (kar je izjemno težko). Drugič, obstoječi električni pogonski motorji imajo majhen potisk, za pospeševanje z ustreznim pospeškom pa je treba vgraditi več megavatne reaktorje.
Zgradimo še en zanimiv graf. Sporočite nam končno maso - 1000 ton. Konstruirajmo odvisnost začetne mase od specifičnega impulza in končne hitrosti:
[VI] = mrežna mreža (10000: 2000: 100000,50000: 5000: 200000);
m1 = exp (V. * (I. ^ - 1)) * 1000;
deskanje (V, I, m1)
Ta graf je zanimiv, saj je v nekem smislu pogled v bolj oddaljeno prihodnost človeštva. Če želimo udoben in hiter let čez sončni sistem, bomo morali pri obvladovanju določenega impulza iti za en red višje - potrebujemo motorje z ID nekaj sto tisoč metrov na sekundo.
Tu ni rib
Človeštvo odlikujeta zvitost in iznajdljivost. Zato so izumili številne ideje, da bi olajšali dostop do vesolja. Eden najpomembnejših parametrov, ki označujejo oviro, ki jo želimo preskočiti, so stroški spravila kilograma v orbito. Po različnih ocenah (ta stolpec je bil odstranjen z Wikija, tukaj je na primer drug vir) za različne nosilne rakete se ta cena giblje med 4000 in 13000 USD na kilogram za nizko zemeljsko orbito. Kaj ste skušali izmisliti, da bi lažje, lažje in ceneje prišli vsaj v okoliko Zemlje?
Sistemi za večkratno uporabo. V preteklosti je ta ideja v programu Space Shuttle že enkrat propadla. Zdaj to počne Elon Musk, ki načrtuje zasaditev prve faze. Želel bi mu vse uspehe, toda glede na pretekli neuspeh mislim, da to ne bo kvalitativni preboj. V najboljšem primeru se bodo stroški znižali za nekaj odstotkov.
Enostopenjska orbita. Kljub večkratnim poskusom ni presegla projektov.
Zagon zraka. Obstaja uspešen projekt za majhen tovor, vendar ne obsega velikih obremenitev.
Izstrelitev vesolja brez rakete. Izumljenih je bilo veliko projektov, a vsi imajo usodno pomanjkljivost - zahtevajo se astronomske naložbe, ki jih ni mogoče "ponovno zajeti" brez popolnega zaključka projekta. Dokler vesoljsko dvigalo, vodnjak ali množični voznik ni popolnoma zgrajen in sprožen, od njega ni dobička.
Potem se bo srce umirilo
Kako se lahko razveselite po teh žalostnih razmišljanjih? Imam dva argumenta - enega abstraktnega in temeljnega, drugega bolj specifičnega.
Prvič, napredek kot celota ni ena S-krivulja, ampak veliko izmed njih, kar tvori tako optimistično sliko:
V zgodovini letalstva lahko na primer ločimo:
In zagotovo stojimo na podobni točki v razvoju kozmonavtike. Da, zdaj je nekaj stagnacije in možen je celo povrat, vendar se človeštvo z glavami svojih najboljših predstavnikov prebije skozi zid znanja in nekje, ki še ni opažen, se prebijajo poganjki nove prihodnosti.
Drugi argument so novice o razvoju jedrskega reaktorja za prometno-energetski modul, ki poteka brez večjega razburjenja:
Najnovejše novice o tem projektu so bile poleti - sestavljen je bil prvi TVEL. Dela, čeprav brez rednega obveščanja javnosti, očitno potekajo in upamo lahko, da se bo v prihodnjih letih pojavil popolnoma nov aparat - jedrski vlačilec z električnim pogonskim motorjem.
P. S
To so nekoliko zgrešene misli, recimo jim prva ponovitev. Rad bi dobil povratne informacije - morda sem kaj zamudil ali napačno opredelil pomen pojava. Kdo ve, ali boste morda po obdelavi povratnih informacij dobili bolj skladen koncept ali pripravili kaj zanimivega?
Avor: lozga