Освоение астероидов

[shuricos]

Рассчитал космический лифт для Цереры. Экваториальный радиус 487 км, 1-я космическая скорость 220  м/с

Позвольте, что-то тут не так!

Гравитационная постоянная = 6,67428(67)*10^-11
Масса Цереры = 9,43*10^20
Экваториальный радиус = 487 300 м.
Умножает массу на гравитационную постоянную, делим на экваториальный радиус, из получившегося значения извлекаем квадратный корень, получаем примерно 360 м/с.

[shuricos]

Высота геостационарной орбиты - 864 над центром или 377 км над поверхностью. На этой высоте скорость движения будет около 166 м/с.

Снова ошибки.

Чтобы найти высоту цереростационарной орбиты, приравниваем формулу первой космической скорости Корень(G*M/R) к скорости объекта, совершающего полный оборот вокруг Цереры за то же время, что и обращается сама Церера. Скорость такого объекта можно определить как частное от деления длины цереростационарной орбиты (2ПR) на время оборота Цереры (9 часов 4 минуты = 32640 секунд).

Т.е. формула получается вида:
кв.корень(G*M/R) = 2ПR/32640 = ПR/16320

Возводим обе части в квадрат:
G*M/R = П^2*R^2/266.342.400

Обе части уравнения умножаем на R*266.342.400 и делим на П^2:
266.342.400*G*M/П^2 = R^3

Подставляем значения, получаем R = 1193.2 км
Т.е. цереростационарная орбита будет находиться на высоте 706 км над экватором.
А вот орбитальная скорость объекта, движущегося по ней, составит действительно почти 136 м/с.

Объём стальной проволоки сечением 1 кв.мм и длиной 706 км составит 0,706 куб.м., а масса (при плотности стали = 7900 кг/куб.м.) = 5577 кг.
Вес этой проволоки на поверхности Цереры на экваторе составит примерно 93 кг, но так как проволока будет вытянута, то чем дальше от Цереры находится тот или иной кусочек проволоки, тем меньшим будет его вес. И убывать он будет очень быстро, так как с увеличением радиуса сила притяжение уменьшается квадратически, а центробежная сила возрастает квадратически.

По моим грубым подсчётам получилось, что сила, с которой стальной трос сечением 1 км.мм и длиной 706 км будет тянуть к Церере объект, расположенный на своей оконечности, составит 431,5 Н, т.е. примерно 44 кгс. Чтобы этот трос не упал на Цереру, а висел вертикально, нужно в этой точке приложить те же 431,5 Н в противоположном (центробежном) направлении. Т.е. напряжение в этой точке будет максимально и составит 88 кгс/кв.мм. Так как прочность стальной проволоки на разрыв равна примерно 150...180 кгс/кв.мм., то каждый кв.мм. сечения троса даст полезную нагрузку в 20...50 кг.

Если продолжить этот тросс дальше, до 2410 км от центра Цереры (т.е. 1930 км от поверхности Цереры), то та его часть, которая дальше цереростационарной орбиты, даст ту же силу 431,5 Н и уравняет вес той части троса, которая ближе к Церере. Конец такого троса будет двигаться со скоростью 464 м/с.
Масса такого троса толщиной 1 кв.мм. составит примерно 19 тонн.

Примечательно, что масса груза, находящегося на конце этого троса, может равняться 5 тоннам, это добавит всего около 400 Н в точке наибольшего напряжения, где сила на разрыв составит суммарно около 1250...1300 Н, т.е. около 130 кгс на кв.мм, что вполне по силам стальной проволоке.

[shuricos]

Посидел, покопал информацию по вопросу разведения растений на Церере (для питания и регенерации кислорода). Выяснил следующее.

Церера в перигелии находится на расстоянии чуть больше 2,55 а.е.,  а в афелии 2,99 а.е. Количество солнечного света с расстоянием уменьшается квадратически. Т.е. на Церере на один кв.м. в полдень на экваторе в перигелии поступает в 6,5 раз, а в афелии в 9 раз меньше света, чем  на орбите Земли.
Солнечная постоянная на орбите Земли – 1366 Вт/кв.м. Т.е. на Церере на экваторе в полдень поступает примерно от 150 (зимой) до 210 (летом) Вт/кв.м.

Вместе с тем, следует отметить, что из-за вращения Цереры в разное время церерианских суток на единицу её площади падает разное количество солнечного света: в полдень – максимум, утром и вечером – меньше, ночью вообще не освещается.

На Церере, как и на Земле, ночь и день равны в среднем за год, поэтому будем учитывать только разницу в излучении, получаемом в течение дня.
Единица площади поверхности планеты на экваторе получает солнечного света в среднем за день на «кв.корень из двух»  меньше, чем та же площадь получает в полдень.
Т.е. в среднем на экваторе Цереры за день будет получено:
- летом 148 Вт/кв.м.
- зимой 106 Вт/кв.м.

Растения на Земле нормально растут в условиях светокультуры (в помещении под искусственным светом) при освещении 50…100 Ватт/кв.м. Хороший урожай дают при 120 Вт/кв.м., а вообще отличный при 200 Вт/кв.м.
Т.е. выходит, что солнечного света на Церере вполне достаточно для растений даже в зимний период без использования зеркал (концентраторов солнечного света).

Проблем я пока вижу две:
1.   Насколько опасен на Церере «солнечный ветер» (та часть «солнечной радиации», которая задерживается магнитным полем Земли – поток частиц)? Если плотность потока частиц снижена здесь в 6,5…9 раз по сравнению с орбитой Земли, то можно ли это считать достаточно низким уровнем, чтобы растения могли находиться под прямыми солнечными лучами за стеклом?

Если же уровень будет признан опасным, то как можно решить этот вопрос? Может быть, размещать теплицы под прикрытием, а солнечный свет подводить через один-два отражателя, чтобы свет проходил, а частицы – нет.

2.   Вопрос с отоплением.
Альбедо Цереры и так довольно низкое – только что-то около 9% света отражается, понижать особенно некуда. Но даже и при этом поглощении Церера остаётся ледяной пустыней. Т.е. чтобы обеспечить тепло в теплицах, их придётся подогревать.

Для примера возьму город Асуан (Египет). В декабре там средняя температура – 17,5 градусов. Т.е. вполне комфортно как для людей, так и для растений. Временные повышения или понижения температуры в этом городе вызываются приходом холодного или тёплого воздуха из других районов, чего в условиях замкнутой биосферы церерианской базы быть не может, поэтому учитываем только среднюю температуру.

В то же время (в декабре) там же (в Асуане) среднее поступление солнечной энергии составляет 4300 Вт*ч/кв.м. в сутки, т.е. в среднем 356 Вт/кв.м.
Для сравнения: в Сочи в среднем за год поступление солнечной энергии составляет 333 Вт/кв.м., а средняя температура за год – около +15С.

Это означает, что для того, чтобы обеспечить на церерианской базе комфортные условия, придётся концентрировать солнечное тепло с трёх квадратных метров на одном. Это даст примерно 320…445 Вт/кв.м., что обеспечит температуру в пределах +15…25С в зависимости от сезона (год на Церере длится земных 4 года 8 месяцев).

[Nucleosome]

это всё прекрасно. а воду и кислород откуда там брать будем? с какими затратами? понятно, что жить будем в этаких пузырях-куполах. из чего строить? какие там полезные ископаемые можно найти? всякое там железо и прочий щебень не предлагать... этого и здесь завались.

[shuricos]

Интересный график распределения плотности астероидов в зависимости от удалённости их главной полуоси от Солнца.

Чем дальше от Солнца, тем более "влажные" астероиды. На расстоянии в 3 а.е. - уже "кометы Главного Пояса".

[shuricos]

А вот соотношение между астероидами разного типа в зависимости от величины главной полуоси.
Астероиды типа С (как Церера) имеют наибольшую долю  на расстоянии 3 а.е. от Солнца (45% от всех астероидов, расположенных на расстоянии 3 а.е. от Солнца).

Если рассматривать этот и предыдущий графики вместе, то наиболее интересным окажется расстояние в 3,0...3,3 а.е.: здесь относительно высокая концентрация астероидов сопровождается их относительным разнообразием.

Еще интересен участок 2,5...2,8 а.е.: тут паритетное количество астероидов типов S и С.

[shuricos]

их вещество не прошло заметной дифференциации

Да ну?
А вот у Весты есть выраженное металлическое ядро диаметром 220 км, мантия и кора.
http://youtu.be/oaZ8nb48-zg?t=32m3s

[shuricos]

В продолжение вот этого моего высказывания:

Если рассматривать этот и предыдущий графики вместе, то наиболее интересным окажется расстояние в 3,0...3,3 а.е.: здесь относительно высокая концентрация астероидов сопровождается их относительным разнообразием.

Обратите внимание на высокую концентрацию астероидов в районе 3 а.е.
Эта группа имеет небольшой эксцентриситет и относительно небольшой разброс эксцентриситетов друг относительно друга.

[Андрей Курилов]

Семейства астероидов обычно имеют "родоначальника" или "представителя". Что это за семейство?
Вроде бы "Eos", не?

Но у них разброс по наклонению великоват. Привлекательнее выглядит семейство "Koronis" на 2.9 АЕ. Но они все спектрального типа "S", что весьма неудобно.

[shuricos]

это всё прекрасно. а воду и кислород откуда там брать будем?

На Церере 200 млн.куб.км льда. Вам мало этой воды?
Из неё же и кислород можно получать для дыхания, и водород в качестве рабочего тела для ТфЯРД.

понятно, что жить будем в этаких пузырях-куполах. из чего строить?

Посмотрим, что там найдёт "Рассвет". Поверхность, похоже, покрыта реголитом, который можно было бы спекать для изготовления конструкций базы. Наверняка найдутся места падения металлических астероидов - получим металлы для базы.

какие там полезные ископаемые можно найти? всякое там железо и прочий щебень не предлагать... этого и здесь завались.

Церера - одно из наиболее удобных, если не самое удобное место для размещения базы для наблюдения за астероидным поясом и его изучения.
Судя по имеющимся данным, нам не известны ещё от 700 тыс. до 1,7 млн.астероидов размером более 1 км, не говоря уже о более мелких телах.
Их надо хотя бы обнаружить, установить наблюдение за их движением, а при угрозе их перехода на опасную для Земли траекторию - откорректировать.

На некоторые из астероидов и, особенно, метеороидов, видимо, придётся закрепить уголковые отражатели, чтобы облегчить слежение за ними при помощи радиотелескопов.
Не тащить же все эти отражатели с Земли! Проще изготовить их из местных материалов.

Для доставки уголковых отражателей понадобится и топливо. В качестве такого топлива можно использовать кислород и водород, которые можно получить из воды, содержащейся в "кометах Главного Пояса" и на Церере.

Те же водород и кислород можно использовать для привода исследовательских аппаратов.
Dawn мог бы ещё работать и работать много лет, изучать астероиды один за другим. Но у него в конце этого года закончится рабочее тело его ионного двигателя (ксенон) и он будет просто пассивно лететь, передавая редкие сигналы о том, что он "увидит".
Если же такие аппараты будут использовать водород в качестве топлива, а кислород в качестве окислителя, то их можно будет "заправлять" на Церере и отправлять к разным астероидам десятки лет.

Но любая техника рано или поздно ломается. Придётся обслуживать и ремонтировать и исследовательские аппараты, и оборудование для разложения воды на водород и кислород, и изготавливать уголковые отражатели для малых тел. Да мало ли что понадобится? Поэтому присутствие людей крайне желательно, пусть даже в небольшом количестве - до 10 человек.

[shuricos]

Вообще пояс астероидов, на мой взгляд, можно рассматривать не столько в качестве источника ресурсов для Земли, сколько источником ресурсов для космических полётов.
Например, те же ледяные глыбы Главного Пояса можно использовать для производства топлива или рабочего тела для путешествий с Земли к другим планетам и обратно. Зачем что-то поднимать с Земной поверхности, если этого добра предостаточно уже там, в космосе? Это существенно сократит стоимость космических аппаратов, в т.ч. земных орбитальных.

Москва не сразу строилась. С чего-то придётся начинать.

[Андрей Курилов]

http://lenta.ru/news/2015/02/02/hydrogen/

Собственно, большая часть ресурсов на астероидах добывается относительно легко - вода, органика, строительные материалы и металл. "Витамины" (уран, золото, ...) же возможно получать с помощью бактерий, возможно, слегка модифицированных.

Ну а по поводу транспорта между астероидами задача уже частично решена. Разница скоростей в пару км/с вполне преодолима с помощью специальных высокоскоростных вращающихся доков на тросах. Ограничения на маршруты перелётов получаются жёсткие, так как средняя взаимная скорость между блишайшими астероидами несколько выше (10-15 км/с), чем позволяет прочность материалов тросов. Но в целом это не исключает успешного покрытия транспортной сетью значительной части пояса астероидов.

[Дэймон Ланнистер]

Зачем что-то поднимать с Земной поверхности?

Грамотно сформулированный вопрос - половина ответа) Незачем, разумеется.

Их надо хотя бы обнаружить, установить наблюдение за их движением, а при угрозе их перехода на опасную для Земли траекторию - откорректировать.

За всю историю человечества медузы убили куда больше человек, чем астероиды. Ваша страховка покрывает риски нападения медузы?

[Дэймон Ланнистер]

"Витамины" (уран, золото, ...) же возможно получать с помощью бактерий, возможно, слегка модифицированных.

"Если вам совершенно нечем заняться ближайшие миллионы лет..." (с)

[Андрей Курилов]

"Витамины" (уран, золото, ...) же возможно получать с помощью бактерий, возможно, слегка модифицированных.

Пальцем в небо попал прям
http://lenta.ru/news/2015/02/03/gold/

[noxx77]

Вообще интересно получается. Груз достаточно дёшево можно запустить к ближайшему астероиду, но достаточно сложно поймать. При этом груз кроме собственной ценности несёт ещё и от 10 до 100 МДж/кг кинетической энергии... Вот бы это утилизировать и заодно решить проблему высокой скорости встречи с целью.

Смотря какой груз. Где-то и орбитроны подойдут. http://marstraktor.livejournal.com/210836.html
А по обратной схеме хреначим разогнанной нитью или струёй навстречу грузу с ловушкой. Импульс размазывается во времени и уходит в тепло. Как утилизировать тепло мы вроде бы знаем.

[noxx77]

На мой взгляд астероиды - единственный способ освоения СС и далее без смены природы носителей разума.
Многолетний полет потребует больших кораблей с искусственной гравитацией, биорегенеративными СОЖ и экипажами в десятки человек.
В то же время, наличие такого рода "паромов"-сайклеров на пролетных траекториях делает полеты на Марс и Венеру не сложнее высадки на астероид. Если же создать сеть синхронизированных заправщиков, то можно на одном небольшом корабле, перелетая при сближениях от одной астероидной базы к другой, сделать доступной всю систему.
Не говоря уже о том, что это прямой путь к кометолетам.

[shuricos]

"паромов"-сайклеров

Так вот, как называется  то, что я "изобрёл" !
Буду знать!

[gans2]

Олдрин, перелогиньтесь. 
http://www.popmech.ru/technologies/6805-doroga-na-mars-s-goluboy-planety-na-krasnuyu/#full
http://www.damninteresting.com/the-martian-express/

[LonelyWanderer]

Кратенько совсем набросал, думаю у всех тут есть фантазия и логическое мышление, чтобы понять как это всё должно работать и выглядеть более подробно.
Почти полностью безракетный способ пересылки между астероидами, за исключением корректирующих ионных (ЭРД и т.д.) двигателей для точного попадания.

Позвольте, (ниже приведён Ваш рисунок)
у Вас гибкий трос, идущий от поверхности астероида до астероидо-стационарной орбиты,
вернее, чуть дальше неё, где находится некий вращающий узел,
на котором, перпендикулярно первому тросу закреплены два других троса,
на концах которых закреплены улавливающие сети.

Эта система работать не будет.
Сеть, в которую попал груз, не будет вращаться вокруг первого троса просто потому, что он ГИБКИЙ.
Груз, попавший в сеть, потянет её за собой, та потянет за собой второй трос, а он, в свою очередь, потянет за собой первый трос. Все тросы вытянутся в одну линию и груз, удерживаемый этими тросами, по дуге шлёпнется об астероид (или, если астероид маленький, то тросы намотаются на астероид и груз в итоге всё равно шлёпнется) почти без замедления.

Даже если вместо первого троса сделать жёсткую башню (или уж оооочень устойчивый противовес "космического лифта"), а второй трос оставить гибким, то система всё равно не будет работать. Сопротивления воздуха нет - поэтому груз, зацепленный краем троса, будет вращаться на этом тросе, пока трос не намотается на башню и тогда груз шарахнется об башню.

Если же трос будет не наматываться на башню, а достаточно свободно вращаться вокруг неё, то груз можно притянуть поближе к башне и остановить. Но в этом случае груз будет сохранять скорость своего движения, увеличивая угловую скорость при каждом сокращении длины троса. В результате перегрузка в грузе будет нарастать до колоссальных величин (вообразите вращение 10-тонного груза со скоростью 1 км/с с радиусом 20 метров)!

Позвольте! Я уже достаточно давно писал, точно не помню, но кажется я уточнял все эти моменты. Противовес должен иметь значительную массу разумеется, чтобы поглотить всю энергию прибывающего груза и не опуститься при этом  ниже стационарной орбиты. Потенциальная энергия противовеса должна быть существенно выше кинетической груза. В сотни или тысячи раз, противовес должен обладать значительной массой порядка тысяч, а лучше десятков тысяч тонн. Он может быть создан из камня того же астероида, выведенного на орбиту.
И потому центр тяжести после причаливания груза будет недалеко от противовеса на вращающемся тросе. С момента причаливания противовес начнет совержать колебательные движения, т.е. как бы тоже обращаться вокруг общего центра тяжести. Разумеется, чтобы не произошло никакого наматывания вращающийся тросс должен крепится к ротору, раскручиваемому электродвигателем. Торможение вращения можно осуществлять посредством тормозных механизмов, или еще лучше - через обычную рекуперацию кинетической энергии в электроэнергию через тот же самый двигатель, которым мы раскручивали трос.  И таким образом колебательные движения остановятся и мы сможем постепенно намотать трос на катушку и подтянуть  груз, или иным образом его доставить на противовес, что не составит труда при почти полной отановке вращательного момента.