Освоение астероидов

[AlexAV]

Да неужели. Пыльная гравияма, в которой сложно будет достать хоть какую-нибудь энергию. На Марсе делать нечего - запомните это.

Планета более удобное место уже просто хотя бы за счёт концентрации ресурсов и наличия гравитации. Отсутствие (практическое) последней вообще огромное бедствие. Даже такая казалось бы тривиальная и легко решаемая на планете задача как разработка массива горной породы в условиях микрогравитации астероидов становится сложно решаемой... если вообще решаемой. Стандартный и эффективный метод в виде подрыва массива взрывчаткой и погрузки обломков экскаватором там работать не будет, причём, и в части взрывчатки (обломки просто улетят в космос) и в части экскаватора (нет эффективной опоры).

Ну и транспорт... На планете он намного дешевле, чем летать между астероидами (масса доступной литосферы планеты соизмерима с полной массой всего пояса астероидов).

[AlexAV]

Литосфера планеты подобна шлаковой пене в доменной печи. Она обеднена полезными веществами и состоит, в основном, из силикатного мусора, за исключением, конечно, актиноидов. Но актиноиды в поясе астероидов и не нужны уже.

Это не имеет никакого отношения к действительность. Кора планет обеднена очень небольшой группой элементов имеющих большое сродство к железу (это прежде всего сама группа железа, хром и платиноиды). А вот вот литофильным элементам - наоборот весьма обогащена. Таких ценных для технологии веществ как РЗЭ, вольфрам, тантал, цирконий, бор, свинец, висмут, олово и ещё длинный список - в коре планет содержится больше, чем в астероидах.

Это смотря как летать. В космосе нет энергетических расходов на работу против трения и гравитации. На планете они будут всегда.

В космосе тоже всегда. Чтобы перейти с одной орбиты на другую надо затратить энергию на отброс реактивной массы. Даже гомоновские траектории (с их громадными временами доставки) получаются совсем не бесплатными по энергии.

Думаю элегантные решения этой проблемы вполне существуют и лежат чуть ли не на поверхности. Если все эти дела производить не на поверхности, а в полостях астероидов, то большей части проблемы уже нет.

А теперь сравните себестоимость шахтной добычи и добычи открытым способом. Уж не говоря о некоторых не столь явных проблемах в виде огромной потребности для таких работ в сверхтвёрдых сплавах, а это особо дефицитный в условиях астероидов вольфрам.

[AlexAV]

Другая, и даже более важная причина, по которой освоение планет предпочтительнее освоения астероидов – необратимые потери вещества при реактивном движении в космосе.

Не только при реактивном движение, но и просто при любой нормальной жизнедеятельности. Та же утечка компонент воздуха из системы жизнеобеспечения и т.д.

[AlexAV]

Далее у нас есть пояс Койпера и кометы.

Так там вообще энергии нет. Т.е. совсем никакой. Ну что-то термоядерное только, правда непонятно почему (если чистый D-D синтез вообще возможно реализовать)  его нельзя использовать и на Марсе (или любой другой планете).

[AlexAV]

Чистый термояд не шибко нужен. Актиноидов потребуется лишь в витаминных количествах для подрыва дейтерия.

Да не в таких уж витаминных, на уровне процентов - десятка процентов от общего энерговыделения (взрывная камера на несколько десятков килотонн ещё может быть и реальна, а на мегатонны - ненаучная фантастика).

[AlexAV]

Ну в таком случае я могу лишь посоветовать вам освежить ваши познания, ибо здесь вы совершенно не правы:

Ну так я и сказал - процентов. В первом приведённом вами случае - 2%, во втором - заряд уже весьма мощный, т.е. свыше 100 кт.

Опять вы не учитываете один нюанс. Сожжёте вы всего десятки грамм ядерного материала, но в бомбе его будет существенно больше, т.е. порядка нескольких килограмм. Всю разницу разбросает по всем кубическим километрам взрывной камеры (она естественно должна быть не пустой, а заполненной дисперсным веществом для поглощения энергии ударной волны), т.е. до состояния практической не собираемости.

Если планетоид достаточно рыхлый и пористый внутри, то он будет хорошо гасить ударную волну, позволяя устраивать и мегатонные взрывы. Проблемой становится только статическое давление паров взрыва, которое стремится разрушить планетоид. Тут придётся армировать слабые места вблизи взрывной камеры.

Не только. Ещё импульс давления, который вообще погасить весьма проблематично и который (в реалистичном случае) вызывает сильные механические напряжения в первой стенке и сейсмические волны в окружающем камеру веществе планетоида (в рыхлом теле вполне с перспективой улёта верхнего слоя после выхода её на поверхность, т.е. амплитуда скорости в  волне в метры-десятки метров в секунду более чем возможны).

[AlexAV]

абавно, но, вы, AlexAV, сейчас по сути не со мной спорите, а с ВНИИЭФ и Снежинским институтом. Реализация сверхчистых дейтериевых бомб принадлежит им, как и проект т.н. "котла вспышечного сгорания" (КВС).

Про бомбу я не спорю. У меня возражение вызывает взрывная камера. Кстати вы здесь на Иванова, Волошина и прочих авторов идеи зря ссылаетесь. Они больше нескольких килотонн в проект и не закладывают. С чем я полностью согласен. Несколько килотонн, ну может быть 10-20 кт, ещё вероятно реально. Но сотни килотонн- мегатонны уже явный бред.

Во взрывной камере должен находиться материал, обогащённый, скажем, торием, чтобы поглотив нейтроны + ударную волну, произвести некоторое кол-во урана-233 + передав тепловую энергию далее. Если эти несколько килограмм урана-233 разметает, то он будет всё равно извлечён снова.

Извлечение из этой каши сверхнизких концентраций полезной компоненты - вообще один из наиболее слабых моментов проекта. По сути подобная задача не решена даже для куда более простого случая жидкосолевого реактора.

Что касается размещения тория - то не факт, что нужно именно в бомбе, можно бланкет разместить и в материале первой стенки (или непосредственно за ней).

[AlexAV]

Погасить ударную волну в потоках натрия обещали снежинцы в своём КВС.

Ударную волну - да, но не импульс давления (он, по крайней мере в сферически симметричной задаче, в принципе не гасится). А последний при взаимодействие с поверхностью и будет давать низкочастотную, но достаточно высокоамплитудную волну.

Кстати вы невнимательно изучали их проект. Там помимо натрия нужен ещё инертный газ. Причём в паре с натрием ими предлагается аргон (то что не азот, а относительно дорогой благородный газ - это не от хорошей жизни, в интересующих нас условиях азот уже становится не таким уж инертный). А вот это вообще-то на малых телах (также как и его очевидные замены в виде гелия, неона, криптона и ксенона) - исключительный дефицит.

Но мы действительно отклонились от темы Марса.

[AlexAV]

По любой из этих формул (случаи e=0 и e>0):

Вижу вы пользуетесь какой-то альтернативной арифметикой.

Средняя типичная орбитальная скорость в поясе астероидов - 18 км/c. И даже при разнице наклонений в 1 градус уже набегает больше 300 м/c только на компенсацию разницы наклонений. Ваши сантиметры в секунду - явный бред.

Опять же учитывайте, что по гомону в поясе астероидов летать при условие регулярного грузопотока практически невозможно. Окно для старта будет попросту открываться раз в пару десятилетий, что не приемлемо. А это значит дополнительное увеличение требуемого ХС. Баллистику надо считать честно и при произвольном  относительном положение астероидов между собой. А потом усреднять. Тогда будет корректный результат.

[AlexAV]

А вы попробуйте внимательнее читать то самое сообщение, на которое вы же и отвечаете
Разница наклонений не 1, а 0.0001 градусов.

А теперь приведите конкретную пару астероидов между которыми различие параметров орбит хоть как-то соответствую вашим заявлениям. Даже внутри одного семейства разброс наклонений 3 - 5 градусов.

Вы берёте неадекватные параметры орбит и естественно получаете неадекватные результаты.

[AlexAV]

А что случится ежели атмосфера в "котелке" будет азотной?Выгорит чтоль?

Полагаю во многом проблема в нитридах актиноидов. Это очень стабильные соединения, причём нерастворимые в расплаве натрия. Т.е. в азотной среде они будут оседать на стенки, откуда их дальнейшее извлечение крайне затруднительно (если вообще возможно).

[AlexAV]

Я считаю очевидным, что, если 100 тыс. астероидов находятся в промежутке наклонений между 1 и 11 градусов, то средний шаг наклонения между астероидами составляет 0.0001 градус.

Вообще-то орбита характеризуется не одним параметром, а  четырьмя. И для малых ХС все они должны достаточно точно совпадать. Поэтому ваши точки разбрасывайте не в одномерном пространстве, а в четырёхмерном и это уже даёт куда менее плотное его заполнение. Из совпадения наклонения у пары астероидов ещё не следует малость ХС.

[AlexAV]

AlexAV, ну и что? Получится не 5 см/с, а 20.

Вероятность близкого совпадения всех четырёх параметров одновременно уже будет весьма низка. Поэтому не получится. Ну разве в паре уникальных случаев. Вы это совершенно это игнорируете. Т.е. вероятности попадания астероидов в требуемый диапазон по каждому параметру - надо перемножать.

Опять же для близких орбит - баллистику надо считать не по гомону (окно будет появляться слишком редко). И вы это игнорируете.

[AlexAV]

Ждать "стартового окна" не требуется, так как время доставки груза в большинстве случаев не ограничено.

Т.е. несколько столетий или тысячелетий - тоже устроит. 

Ограничения по времени всегда есть. Несколько лет ещё можно считать приемлемым. Больше 10-20 лет уже совершеннейший абсурд.  Из этого надо исходить.

[AlexAV]

Kweni, тогда почитайте на досуге про различные виды топлива для ТТРД.

Здесь у вас другая проблема. К рабочему телу как-то тепло подводить надо. А если свет из точки зеркала может падать на поверхность, то молекулы испаряющиеся с поверхности могут попадать на эту точку зеркала.   Соответственно испаряющейся материал мгновенно угробит все оптические поверхности (греть через стенку - не получится, точнее не решит никаких проблем, при требуемых температурах заметно сублимируют все вещества).

[AlexAV]

При температуре сопла в 2500К на нём ничего конденсироваться уже не будет в принципе.

Не совсем. Стенка сопла всё равно всегда относительно холодная (в данном случае обычно за счёт абляционного охлаждения). При этом приемлимая температура стенки поддерживается за счёт испарения покрытия (меди, цинка, серебра, тефлона и т.д.).

[AlexAV]

Рассчёт в студию. Ваша очередь.

Расчёты по ХС будут.

[AlexAV]

Расчёты по ХС будут.

Всё. Вроде как посчитал более-менее корректно. Правильный ответ около 2.9 км/с и естественно ни о каких см/с и речи быть не может.

Теперь о методике. Рассуждения в  посте #74 – абсурдны и не имеют никакого ни физического ни математического смысла. Делить диапазон возможных полуосей на количество частиц - бесмыслица. Характерные значения ХС транспортной системы с точки зрения математической статистики должны рассчитываться абсолютно по-другому.
 
А именно если f(a,e,i,w,W) (где a – большая полуось, e – эксцентриситет, i – наклонение, W – долгота восходящего узла, w – угловое расстояние перицентра), а ХС перехода между орбитами с параметрами (a1,e1,i1,w1,W1) и (a2,e2,i2,w2,W2) это V(a1,e1,i1,w1,W1, a2,e2,i2,w2,W2), то очевидно, что типичное ХС транспортной системы будет мат. ожидание функции V по распределению f т.е.:



Функция  V(a1,e1,i1,w1,W1, a2,e2,i2,w2,W2) находилась как сумма ХС для изменения наклонения



И ХС для изменения получившейся орбиты к требуемой. Последняя вычислялась численно. При этом принималось, что переходная орбита является касательной к начальной и конечной орбитам. Уравнения здесь выписывать не буду. Ознакомится можно в приложенном скрипте Mathcad (собственно с помощью которого и осуществлялся расчёт).

Распределение параметров принималось равномерным на множестве  (2.2; 3.2) для a, (1; 11)^o для i, (0;0.2) для е и (0; 360)^o для w и W.

Вычисление интеграла осуществлялось численно с использованием метода Монте-Карло (см. скрипт).

[AlexAV]

Конкретное положение объекта на орбите определяется 6-м параметром - ν. Можно легко изменить все 5 орбитальных параметров груза так, чтобы его орбита совпала с орбитой целевого астероида. Но сам целевой астероид, находящийся на ровно той же орбите, может быть в любой её точке, хоть за Солнцем (относительно груза). И изменить ν не так просто. Рано или поздно, конечно, целевой астероид и груз "сойдутся", но это время может оказаться слишком большим.

Вообще-то я вам об этом неоднократно писал. Что было проигнорировано.

Опять же учитывайте, что по гомону в поясе астероидов летать при условие регулярного грузопотока практически невозможно. Окно для старта будет попросту открываться раз в пару десятилетий, что не приемлемо. А это значит дополнительное увеличение требуемого ХС. Баллистику надо считать честно и при произвольном  относительном положение астероидов между собой. А потом усреднять. Тогда будет корректный результат.

P.S. В той модели результаты которой я привёл выше - это обстоятельство тоже не учтено. Попросту для упрощения расчётов (и так считает долго, а это уже похоже переведёт её в разряд суперкомпьютерных).

[AlexAV]

точного dv для перелёта между двумя астероидами в такой среднестатистической паре, что она имеет наиболее близкие орбитальные параметры.

Транспортная система должна охватывать более-менее большое множество астероидов, а не только два соседних. И затраты характерной скорости должные её характеризовать как целое, а не строить только исходя из положения самого удачного астероида. А так и затраты энергии на транспорт на Земле можно посчитать по затратам на доставку бутерброда из соседней комнаты. Здесь исходное предположение модели транспортной системы о более-менее равномерном распределение "полезных" астероидов (которые и будут узлами сети) по поясу кажется более уместным.

P.S. Если оценивать ХС до ближайшего астероида, то тут тоже надо считать несколько по-другому, чем делаете Вы. А именно решать уравнение вида:



N - число астероидов в системе, V_0 - искомый ХС, ( a_0, e_0, i_0, w_0,W_0) - параметры орбиты базового астероида.