Экономика космической экспансии

[shuricos]

Сначала думал разместить в теме "Колонизация астероидов", но посчитал, что здесь будет уместнее.

Российская ракета «Протон-М» выводит на опорную орбиту (высота 200 км) полезный груз массой 22 тонны, а на геостационарную орбиту (высота 35 786 км)  почти в 4 раза меньшую массу грузов - 5,6 тонн. Разница в 16,4 тонны образуется из запасов ракетного топлива и конструкции разгонного блока. Кроме того, спутник, доставленный на геостационарную орбиту, также содержит запас ракетного топлива для двигателей коррекции, как правило, на уровне 80%  от его массы равной 5,6 тонн, что составляет ещё около 4,5 тонн. Итого, на оборудование спутника приходиться всего 1,1 тонна из первоначальной массы в 22 тонны на опорной орбите.

Если это так, то вполне может оправдаться привод "комет главного пояса" к Земле, выработка из их льда водорода и кислорода и доставка их на НОО и ГСО в качестве топлива и окислителя для "буксиров", таскающих спутники с НОО на ГСО, и для коррекции орбит геостационарных спутников.

[Alex Control]

Если это так, то вполне может оправдаться привод "комет главного пояса" к Земле, выработка из их льда водорода и кислорода и доставка их на НОО и ГСО в качестве топлива и окислителя для "буксиров", таскающих спутники с НОО на ГСО, и для коррекции орбит геостационарных спутников.

А сколько будет стоить отправка к  "главному поясу" (это облако Оорта, что ли?) того, что приведёт их к Земле, а потом ещё и затормозит на её орбите?

[Retired]

Если это так, то вполне может оправдаться привод "комет главного пояса" к Земле, выработка из их льда водорода и кислорода и доставка их на НОО и ГСО в качестве топлива и окислителя для "буксиров", таскающих спутники с НОО на ГСО, и для коррекции орбит геостационарных спутников.

А сколько будет стоить отправка к  "главному поясу" (это облако Оорта, что ли?) того, что приведёт их к Земле, а потом ещё и затормозит на её орбите?

Это ладно, мне куда интереснее сколько десятилетий займет это "транспортное мероприятие", с учетом того, что лучшие ИСЗ на ГСО за 20 лет "сжигают", точнее выплевывают, свой запас рулевой горючки напрочь, да и от СБ мало что остается.

[shuricos]

А сколько будет стоить отправка к  "главному поясу" (это облако Оорта, что ли?) того, что приведёт их к Земле, а потом ещё и затормозит на её орбите?

1. Это не облако Оорта, а ледяные астероиды, которые обращаются в Главном Поясе астероидов. Примерное значение главной полуоси - 3 а.е.

2. Я не берусь утверждать, что точно именно так будут доставлять ледяные астероиды к Земле, но я полагаю, что миссия может выглядеть примерно так:
- аппарат, отправленный с Земли, прикрепляется к ледяному астероиду, летящему по орбите с главной полуосью, равной 3 а.е.,
- при помощи находящегося на борту оборудования и используя энергию солнца (возможно, напрямую, без трансформации солнечной энергии в электрическую) аппарат начинает разлагать воду, содержащуюся во льдах астероида, на водород и кислород,
- используя водород в качестве топлива, а кислород в качестве окислителя, аппарат начинает начинает сталкивать астероид с его орбиты в сторону Солнца; другой вариант - размещение зеркала из фольги за астероидом таким образом, чтобы солнечный свет концентрировался в нужном месте, лёд астероида тут начинал интенсивно таять и испаряться, создавая реактивную тягу в нужно нам направлении; даже относительно небольшого толчка хватит, чтобы астероид перешёл с круговой орбиты и начал медленно "падать" на Солнце;
- орбитальная скорость астероидов на орбите 3 а.е. - примерно 17,882 км/с, орбитальная скорость Земли - почти 29,783 км/с; т.е. астероид должен будет увеличить скорость до этого значения;
- скорость ледяного астероида будет увеличиваться под действием силы притяжения Солнца, гравитационного манёвра возле Марса и Земли, а также за счёт ускорения, которое ему будет сообщать всё тот же аппарат, превращающий воду в горючее, используемое для придания необходимых тяговых и корректирующих импульсов астероиду.

Процесс займёт много лет. От начала изменения орбиты астероида до его доставки к Земле может пройти 5, а то и 10 лет.
Т.е. если суммарная характеристическая скорость перевода астероида к Земле составит 15 км/с, а весь процесс займёт 10 лет, то в сутки астероиду достаточно будет придавать ХС 4 м/с, т.е. ускорение должно составлять 0,000476 м/с^2. Если астероид будет весть 1000 тонн, то достаточной будет сила воздействия на уровне 0,476 Н. И ещё раз обращаю внимание, что не обязательно, чтобы вся эта сила давалась двигателем, так как траектория и скорость астероида будут подвержены гравитационным силам Солнца, Марса и Земли. Тут многое будет зависеть от расчётов баллистиков.

ЕКА, кстати, уже начало опыты по испытанию разных способов изменения траектории астероидов (таран, гравитационный буксир). Заявляется, что это для защиты Земли от астероидной опасности, но этот опыт вполне может быть применён и для привода астероидов к Земле.

3. Стоимость всей миссии Dawn к Весте и Церере (которая как раз имеет орбиту 3 а.е.) - 400 млн.долларов, включая сам аппарат, запуск и его сопровождение в ходе всей миссии.
Так как рассматриваемому нами аппарату не нужны приборы, имеющиеся на Dawn`e, но нужны другие агрегаты, в первом приближении можно считать, что стоимость описанного в п.2 аппарата и вся миссия по его доставке и работе составит те же 400 млн.долл. Если мы в итоге доставим на околоземную орбиту 1000 тонн горючего и окислителя, то один кг обойдётся в 400 долларов. Напомню, что сегодня дешевле, чем за 1100 долл/кг на НОО не поднимешь. А на ГСО поднять будет ещё в несколько раз дороже. И совсем уж несоизмеримо дешевле получится доставить водород и кислород на орбиту Марса (для возвращения марсианских миссий) из пояса астероидов, а не с Земли.

[Retired]

Так как рассматриваемому нами аппарату не нужны приборы, имеющиеся на Dawn`e, но нужны другие агрегаты, в первом приближении можно считать, что стоимость описанного в п.2 аппарата и вся миссия по его доставке и работе составит те же 400 млн.долл. Если мы в итоге доставим на околоземную орбиту 1000 тонн горючего и окислителя, то один кг обойдётся в 400 долларов. Напомню, что сегодня дешевле, чем за 1100 долл/кг на НОО не поднимешь. А на ГСО поднять будет ещё в несколько раз дороже. И совсем уж несоизмеримо дешевле получится доставить водород и кислород на орбиту Марса (для возвращения марсианских миссий) из пояса астероидов, а не с Земли.

С той лишь разницей, что с Земли в космос летит КА который заправлен готовым к употреблению топливом, а чтобы превратить лед в горючку придется ставить на борту конкретный самогонный (электролизер) аппарат из расщепления воды на хидро/окси гениумы
И электричества немерянно

[Alex Control]

2. Я не берусь утверждать, что точно именно так будут доставлять ледяные астероиды к Земле, но я полагаю, что миссия может выглядеть примерно так:
- аппарат, отправленный с Земли, прикрепляется к ледяному астероиду, летящему по орбите с главной полуосью, равной 3 а.е.,
- при помощи находящегося на борту оборудования и используя энергию солнца (возможно, напрямую, без трансформации солнечной энергии в электрическую) аппарат начинает разлагать воду, содержащуюся во льдах астероида, на водород и кислород,
- используя водород в качестве топлива, а кислород в качестве окислителя, аппарат начинает начинает сталкивать астероид с его орбиты в сторону Солнца; другой вариант - размещение зеркала из фольги за астероидом таким образом, чтобы солнечный свет концентрировался в нужном месте, лёд астероида тут начинал интенсивно таять и испаряться, создавая реактивную тягу в нужно нам направлении; даже относительно небольшого толчка хватит, чтобы астероид перешёл с круговой орбиты и начал медленно "падать" на Солнце;
- орбитальная скорость астероидов на орбите 3 а.е. - примерно 17,882 км/с, орбитальная скорость Земли - почти 29,783 км/с; т.е. астероид должен будет увеличить скорость до этого значения;
- скорость ледяного астероида будет увеличиваться под действием силы притяжения Солнца, гравитационного манёвра возле Марса и Земли, а также за счёт ускорения, которое ему будет сообщать всё тот же аппарат, превращающий воду в горючее, используемое для придания необходимых тяговых и корректирующих импульсов астероиду.

Процесс займёт много лет. От начала изменения орбиты астероида до его доставки к Земле может пройти 5, а то и 10 лет.
Т.е. если суммарная характеристическая скорость перевода астероида к Земле составит 15 км/с, а весь процесс займёт 10 лет, то в сутки астероиду достаточно будет придавать ХС 4 м/с, т.е. ускорение должно составлять 0,000476 м/с^2. Если астероид будет весть 1000 тонн, то достаточной будет сила воздействия на уровне 0,476 Н. И ещё раз обращаю внимание, что не обязательно, чтобы вся эта сила давалась двигателем, так как траектория и скорость астероида будут подвержены гравитационным силам Солнца, Марса и Земли. Тут многое будет зависеть от расчётов баллистиков.

ЕКА, кстати, уже начало опыты по испытанию разных способов изменения траектории астероидов (таран, гравитационный буксир). Заявляется, что это для защиты Земли от астероидной опасности, но этот опыт вполне может быть применён и для привода астероидов к Земле.

А чем плавить и разлагать собираетесь? Ядерный реактор? И всё это ради льдины в 1000 тонн весом? Сколько из них долетит до Земли?

[shuricos]

А чем плавить и разлагать собираетесь? Ядерный реактор?

Зачем? Вы в школе не делали опыт по разложению воды при помощи обычного автомобильного аккумулятора?
У аппарата-буксира есть солнечные батареи, вырабатывающие электричество - вот его и использовать для электролиза воды.
Само по себе устройство примитивное. http://www.alhimik.ru/read/grosse1.html
Только его в небольшую центрифугу лучше поместить, чтобы газы выходили куда надо.

Под действием солнечного света процесс идёт активнее: http://www.freepatent.ru/patents/2390584

Просто ради интереса можно прикинуть, что если мы 1000 тонн воды будем разлагать 10 лет, то скорость разложения получится всего 3,2 грамма в секунду. Не так уж и много.

[Retired]

Зачем? Вы в школе не делали опыт по разложению воды при помощи обычного автомобильного аккумулятора?
У аппарата-буксира есть солнечные батареи, вырабатывающие электричество - вот его и использовать для электролиза воды. Само по себе устройство примитивное. Только его в небольшую центрифугу лучше поместить, чтобы газы выходили куда надо. Под действием солнечного света процесс идёт активнее: http://www.freepatent.ru/patents/2390584

Просто ради интереса можно прикинуть, что если мы 1000 тонн воды будем разлагать 10 лет, то скорость разложения получится всего 3,2 грамма в секунду. Не так уж и много.

Тогда давайте доводить абсурд до конца, проще электричеством от СБ испарять воду и делать реактивную тягу на струе перегретого пара. Космический паровоз - это наше фсё!

[shuricos]

Космический паровоз - это наше фсё!

А, собственно, почему бы и нет?
От ледяного астероида отделяется небольшой кусочек водяного льда и помещается в колбу. Колба закрепляется на космическом аппарате, работающем на ГСО.
В определённый момент времени аппарат посредством зеркала концентрирует на колбе солнечный свет. Лёд в колбе нагревается, плавится, испаряется, возможно достигает состояния "сверхкритической жидкости".
Выпуская перегретый пар из колбы в нужном направлении, космический аппарат получает нужное ускорение.
Хранить лёд просто, а конструкция примитивная.
Тягать КА с НОО на ГСО так не получится, конечно, - тяга маловата, но для корректировки аппарата, уже находящегося на ГСО, вполне может пригодиться. Дёшево и сердито.

Есть, кстати, ещё интересный вариант получения водорода для использования его в ТфЯРД.
На астероидах много железа и много воды. Нагревая смесь железного порошка с водой, можно получить оксид железа и чистый водород.
Нагрев можно производить концентрацией солнечных лучей.
Но для этого нужны мощности по измельчению железа. Проще, как мне представляется, электролизом получить водород прямо из воды.

[Retired]

А, собственно, почему бы и нет?
От ледяного астероида отделяется небольшой кусочек водяного льда и помещается в колбу. Колба закрепляется на космическом аппарате, работающем на ГСО.
В определённый момент времени аппарат посредством зеркала концентрирует на колбе солнечный свет. Лёд в колбе нагревается, плавится, испаряется, возможно достигает состояния "сверхкритической жидкости".
Выпуская перегретый пар из колбы в нужном направлении, космический аппарат получает нужное ускорение.
Хранить лёд просто, а конструкция примитивная.

Собственно рулевые движки на ИСЗ ГСО ровно так и работают: только подогрев/испарение не зеркалом а электричеством от СБ и в качестве р.т. не вода а специальная химия -гелеостатом называется (формулу не помню).
Прим. к прибору слежения на Солнцем - отношения не имеет.

[Alex Control]

Зачем? Вы в школе не делали опыт по разложению воды при помощи обычного автомобильного аккумулятора?
У аппарата-буксира есть солнечные батареи, вырабатывающие электричество - вот его и использовать для электролиза воды.
Само по себе устройство примитивное. http://www.alhimik.ru/read/grosse1.html
Только его в небольшую центрифугу лучше поместить, чтобы газы выходили куда надо.

Под действием солнечного света процесс идёт активнее: http://www.freepatent.ru/patents/2390584

Просто ради интереса можно прикинуть, что если мы 1000 тонн воды будем разлагать 10 лет, то скорость разложения получится всего 3,2 грамма в секунду. Не так уж и много.

Вы хотите  с помощью солнечных батарей на расстоянии 3 а.е. от Солнца получить достаточно электричества для того, что бы растопить лёд, который плавает при тамошней температуре, разложить его на кислород и водород да ещё и вращать центрифугу?

[shuricos]

Вы хотите  с помощью солнечных батарей на расстоянии 3 а.е. от Солнца получить достаточно электричества для того, что бы растопить лёд, который плавает при тамошней температуре, разложить его на кислород и водород да ещё и вращать центрифугу?

Зачем же так неэффективно поступать? Лёд проще плавить просто концентрацией солнечных лучей. Стоимость и вес солнечных батарей довольно высоки в сравнении с зеркалом из фольги.
На удалении 3 а.е. поток солнечной энергии в 9 раз слабее, чем на орбите Земли. Соответственно, если взять зеркало с радиусом 1,7 метра (площадь 9 метров) и сконцентрировать с его помощью солнечные лучи на площади в 1 кв.м., то лёд будет испаряться, как он испарялся бы на открытом солнце на орбите Земли. Если же тем же зеркалом сфокусировать лучи на меньшей площади, то можно даже добиться активного местного кипения воды с выбросом пара.

Образующийся пар может раскручивать центрифугу, которая будет выполнять две функции: очистка пара от примесей и создание микрогравитации для упорядочения направления выхода водорода и кислорода из катализатора.

В принципе, вращение центрифуги может также использоваться и для выработки электроэнергии, но можно соорудить и второе зеркало - для концентрации солнечных лучей на фотоэлектрические панели аппарата.
Эти две функции зеркала можно разделить во времени: пока аппарат будет работать слишком далеко от Солнца, зеркало можно использовать для концентрации света на солнечные батареи, а когда солнечным батареям такая помощь больше не понадобится, тогда зеркала перейдут на режим растопки льда. Ведь нам не обязательно успеть переработать весь лёд в водород и кислород до того, как мы доставим наш ледяной астероид к Земле. Он вполне может находиться на околоземной орбите и постепенно подвергаться переработке в течение нескольких лет.

[shuricos]

И всё это ради льдины в 1000 тонн весом? Сколько из них долетит до Земли?

1000 тонн - это, условно говоря, кубик размером 10х10х10 метров или шар радиусом 6,2 метра.
Его можно целиком закрыть зеркалом коллектора солнечного света.
А можно дать Солнцу плавить астероид, который де-факто превратится в комету, а самим собирать образовавшийся водяной пар и перерабатывать его в кислород и водород.

[Dem]

Если это так, то вполне может оправдаться привод "комет главного пояса" к Земле, выработка из их льда водорода и кислорода и доставка их на НОО и ГСО в качестве топлива и окислителя для "буксиров", таскающих спутники с НОО на ГСО, и для коррекции орбит геостационарных спутников.
- при помощи находящегося на борту оборудования и используя энергию солнца (возможно, напрямую, без трансформации солнечной энергии в электрическую) аппарат начинает разлагать воду, содержащуюся во льдах астероида, на водород и кислород,
- используя водород в качестве топлива, а кислород в качестве окислителя, аппарат начинает начинает сталкивать астероид с его орбиты в сторону Солнца; другой вариант - размещение зеркала из фольги за астероидом таким образом, чтобы солнечный свет концентрировался в нужном месте, лёд астероида тут начинал интенсивно таять и испаряться, создавая реактивную тягу в нужно нам направлении;

А в чём смысл именно ледяного? Солнечным светом/электричеством испарять можно любой материал.
Тепловая мощность движка на "Фрегате" - 1МВт, это зеркало в 6 метров радиусом.

[shuricos]

Солнечным светом/электричеством испарять можно любой материал

Ну, желательно, чтобы на испарение рабочего тела затрачивалось не слишком много энергии: одно дело - испарить кусок льда, а другое - испарить самородок железа.
И я не представляю себе - что это за двигатель такой должен быть, чтобы он пережил наличие внутри себя газообразного железа.
Просто, кроме воды и железа на астероидах есть только камни, которые испарять как бы не труднее, чем железо.
А остальные вещества там нужно ещё найти и добыть в нужных количествах.
Так что, лучше воды я пока ничего не вижу.

Тепловая мощность движка на "Фрегате" - 1МВт, это зеркало в 6 метров радиусом.

Солнечная постоянная на орбите земли 1366 Вт/кв.м.
Т.е. 1 МВт поступает на площадь 732 кв.м.
Если мы делаем зеркало такой площади круглым, то радиус у него получится 15,27 м.
Хотя, это тоже не ахти какое большое зеркало.

[Alex Control]

Да, и вы ещё не забудьте, что там, где это зеркало планируетя использовать света в 9 раз меньше.

[bob]

Это всё были несбыточные мечты. А вот реальность...
"2 февраля опубликован "NASA FY 2016 budget document", в котором отсутствует финансирование ровера. Это второй год, когда администрация Обамы буквально пытается «Убить Opportunity». В прошлом году Белый дом в NASA FY 2015 budget document предложил прекратить финансирование Opportunity. К счастью, несмотря на заявленные намерения, руководству НАСА удалось найти необходимые средства для продления миссии. Сейчас же Белый дом снова предложил «обнулить» финансирование Opportunity и не только его — Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) должен прекратить работу в 2016 году. Хотя оба аппарата работают отлично. "
http://geektimes.ru/post/245512/

[Retired]

Это всё были несбыточные мечты. А вот реальность...
"2 февраля опубликован "NASA FY 2016 budget document", в котором отсутствует финансирование ровера. Это второй год, когда администрация Обамы буквально пытается «Убить Opportunity». В прошлом году Белый дом в NASA FY 2015 budget document предложил прекратить финансирование Opportunity. К счастью, несмотря на заявленные намерения, руководству НАСА удалось найти необходимые средства для продления миссии. Сейчас же Белый дом снова предложил «обнулить» финансирование Opportunity и не только его — Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) должен прекратить работу в 2016 году. Хотя оба аппарата работают отлично. "
http://geektimes.ru/post/245512/

Картинка хорошая, ну прямо ре инкарнация Кукрыниксов
А собственно, что эти аппараты могут открыть принципиально нового? К примеру Lunar Reconnaissance Orbite? Сфотографировать с высоких разрешением отпечатки сапог космонавтов миссий "Аполлон" или колею, которую "Луноход" напахал? Воду на Луне найти - так это только бурением достоверно можно сделать. Я вовсе не ерничаю, но какой смысл тратить деньги на миссию, которая заведомо уже ничего нового не принесет...

[bob]

А собственно, что эти аппараты могут открыть принципиально нового? К примеру Lunar Reconnaissance Orbite?

Проще спросить, а что эти аппараты вообще исходно могли открыть принципиально нового, и зачем их мучительно добиваются выключить именно сейчас.

[Retired]

Проще спросить, а что эти аппараты вообще исходно могли открыть принципиально нового, и зачем их мучительно добиваются выключить именно сейчас.

Что могли изначально - вероятно следует адресовать к "идеологам" миссии. А что касается "выключения сейчас" - так это сработал известный психологический эффект "автобусной остановки". Ежели автобус не приехал в течении суток - резонно придти к заключению, что и вообще не приедет. Ну в какой-то момент пора закрыть "богадельню".