Экзо-Розетта, проснись (Межзвёздный вояджер-3)

[Okub62]

Получить америций в достаточном количестве. ...

Наверное, уже получают. В импортных радиоизотопных датчиках дыма, он и используется, в отличии от наших, плутониевых.
Сам читал на шильдике возле "знака "колёсика" - Am^{24не помню какой}

[pkl]

Тот самый, 249-й. В Википедии по ссылке написано, что его как раз и используют в датчиках дыма. Соответственно, синтез идей: дубовая электроника + сверхпроводники + РИТЭГ на Am = зонд, который может пережить сотни, а может, и тысячи лет перелёта. Сверхпроводникам надо минимум энергии, я, собственно, на РИТЭГе и не настаиваю, может, ему будет достаточно света звёзд. Обогревать их не надо, скорее наоборот. При таких температурах любые электрохимические процессы почти останавливаются, а диффузия советской электронике не страшна. При этом электроны перемещаются почти со скоростью света, логические элементы переключаются быстрее, чем в полупроводниках. Т.е. комп на сверхпроводниках и думать будет быстрее чисто из-за элементной базы! Да, ещё момент - лазерная связь! Лазеры сколько живут вообще?

Вот так это может выглядеть:






Реальные варианты, рассматривались NASA, правда не от звезды, до звезды, а только в межзвёздное пространство, но... лиха беда начало!
Вот, здесь я прочитал про РИТЭГ на америции:
http://www.niac.usra.edu/files/library/meetings/annual/jun00/393McNutt.pdf
Там график падения мощности Am в сравнении с Pu.

[Janto]

У меня возникла забавная мысль. А что, если зонд отправить в межзвёздный полёт, исходно... выключенным, неуправляемым, без изотопных источников, без устройств обогрева и с разряженными батареями. И без таймера пробуждения вообще.
Как такая идея глубокоуважаемым донам?

Следует учитывать, что надежность технического устройства в состоянии хранения, т.е. полного бездействия, может быть не только не выше надежности работающего устройства, а даже ниже. С этим столкнулись при проектировании вооружений, в частности, ракет. Из-за проблемы надежности, а также из-за других вероятностных проблем (точность доставки, вероятность обнаружения аборигенами и др.) лично мне идея любого межзвездного одиночного зонда с технической начинкой представляется полной ахинеей.  Требуется посылать целую флотилию. Может быть, самоорганизующуюся. А может быть, и с генетически запрограммированными яйцеклектками. 
Ну, классиками жанра это все уже жевано-пережевано. Вон, у Курта Воннегута аж целая система - робот Сэло + группа поддержки в лице зарожденных панспермией землян. И результат достигнут - дощечка с надписью "Привет!" доставлена по назначению.

[Nik-Kul]

 Тема якобы обсуждалась на высшем уровнеhttp://newsru.com/russia/17sep2007/kosmos.html

"Реален выход в межзвездное пространство", - пообещал Иванову заведующий лабораторией Института космических исследований РАН Владислав Измоденов. "Мы должны ставить высокие цели, первыми полететь в межзвездное пространство, это можно рассматривать как подготовку к полету на Альфу Центавра", - убежден специалист.

На что Иванов ответил так: "Мог бы получиться интересный синтез с использованием атомных технологий". Ему сообщили, что для такого полета длиной 20 лет со скоростью 50-100 км в секунду могут потребоваться радиоизотопные двигатели. "Интересная идея, проект", - повторил Иванов.

[pkl]

Про эту идею уже все благополучно забыли. Включая, полагаю, самого С. Иванова. У американцев на эту темы были исследования. Искать interstellar explorer.

[snek]

Я вот в стимпанковских компьютерах плоховато разбираюсь, так что вопрос: а этот бортовой компьютер может что-то знать заранее? Например, с помощью веббовского телескопа мы найдем интересную планету в относительно близкой солнечной системе. Долго и тщательно изучив систему мы узнаем что в ней 4 крупных планеты из них положим 2ая от звезды земного типа в зоне жизни с кислородом в атмосфере. к ней и нужно соответственно направить. Итак запускаем зонд с учетом того, чтоб он подлетел к моменту когда интересующая нас планета будет более-менее на прямой зонд-звезда-планета (то есть максимально удалена от зонда, что должно дать время). Если зонд знает что в системе 4 планеты, то он должен по взаимному их расположению и движению определить интересующую и ринуться к ней. Получаются вопросы:
1. возможны ли предложенные операции с учетом "бортового компьютера" данного зонда
2. успеет ли сманеврировать
3. (тут скорее в целом по проекту) а у него вообще энергии на передачу хватит и в каком виде дойдет сигнал?

[bob]

Получаются вопросы:
1. возможны ли предложенные операции с учетом "бортового компьютера" данного зонда
2. успеет ли сманеврировать
3. (тут скорее в целом по проекту) а у него вообще энергии на передачу хватит и в каком виде дойдет сигнал?

Скорее всего - нет. При подходе на гиперболической скорости и пробуждении внутри системы, ему надо будет за время пролёта центральных отмахать среднее расстояние как от Земли до Юпитера, но вбок. Для этого надо иметь возможности полновесной РН. Насчёт передачи - задачу мы пока не решили.

[snek]

Кстати, а какой Вы видите скорость такого зонда? Если она будет относительно низкая, скажем 0.05 - 0.1% от световой, то за счет огромного времени путешествия значительно возрастет влияние негативных факторов путешествия (я уж молчу о научной ценности данных спустя тысячи лет). Однако если скорость будет высокой порядка 10% световой и выше, то у зонда не останется времени на значимые маневры с помощью предложенных Вами твердотопливных двигателей.

[LonelyWanderer]

Какие 10% от скорости света, очнитесь, такой двигатель не создадут в обозримом будущем, да и корабль разобьеться прямо об вакуум. 1% - это, наверное, максимум.
Что касается времени на корректировку, то тут зависит от расстояния, на котором будет начата корректировка и бортовым запасам топлива, тут расчитать элементарно, достаточно 5-го класса математики. С расстояния эдак в 1000 а.е. вполне реально начать корректировку и успеть попасть в любую точку обитаемой зоны при приемлимых запасах бортового топлива.
А вычислить нужную планету не так уж и сложно - например по яркости, если известно, например, что планета 3  или 4 по яркости.  С этим, возможно, справилась бы даже нецифровая автоматика.

[bob]

Кстати, а какой Вы видите скорость такого зонда? Если она будет относительно низкая, скажем 0.05 - 0.1% от световой, то за счет огромного времени путешествия значительно возрастет влияние негативных факторов путешествия (я уж молчу о научной ценности данных спустя тысячи лет). Однако если скорость будет высокой порядка 10% световой и выше, то у зонда не останется времени на значимые маневры с помощью предложенных Вами твердотопливных двигателей.

В теме разбирается медленно летящий зонд, выпущенный с подвижного старта со скоростью порядка 70 км/с (30 км/с за счёт орбитальной скорости Земли, 40 км/с за счёт жидкостного РБ и затем ионного двигателя) и просыпающийся только у цели на расстоянии 4-5 а.е. от звезды назначения. В общем всё в рамках имеющихся технологий. То, что можно собрать и запустить сейчас. На грани возможного, конечно, но то что можно было бы реально сделать лет за пять-шесть при минимальных дополнительных разработках.
В качестве подвижного старта (или "первой ступени", как кому нравится) предполагается использовать современную АМС с ионными двигателями и обсерваторией для точного прицеливания. Она, после точного прицеливания, на расстоянии 100-200 а.е. от Солнца, электромагнитной пушкой с направляющей выстреливает пару криогенно законсервированных межзвёздных модулей (особой, устойчивой ко времени, межзвёздной пыли и космическим лучам конструкции, эскизно разработанной выше), просыпающихся у цели за счёт нагрева и освещения звездой-мишенью.
Минусы идеи очевидны: не ясно, как обеспечить передачу и приём сигнала, а ждать сигнала надо всего-то лишние одну-две-три тыщонки лет, в зависимости от того, куды отправить энту сумасшедшую миссию. Одно ясно, что на уровне современных технологий можно обеспечить её прибытие на место и отработку по цели, с ненулевой вероятностью. Что раньше было совершенно не очевидно. А теперь, вроде бы очевидно, что можно.

[Janto]

В теме разбирается медленно летящий зонд, выпущенный с подвижного старта со скоростью порядка 70 км/с и просыпающийся только у цели на расстоянии 4-5 а.е. от звезды назначения. В общем всё в рамках имеющихся технологий. То, что можно собрать и запустить сейчас. На грани возможного, конечно, но то что можно было бы реально сделать лет за пять-шесть при минимальных дополнительных разработках.
......
Минусы идеи очевидны: не ясно, как обеспечить передачу и приём сигнала, а ждать сигнала надо всего-то лишние одну-две-три тыщонки лет, в зависимости от того, куды отправить энту сумасшедшую миссию. Одно ясно, что на уровне современных технологий можно обеспечить её прибытие и отработку по цели, с ненулевой вероятностью. Что раньше было не очевидно. А теперь, вроде бы очевидно, что можно.

Пока ничего не очевидно. Начнем прорабатывать детали.
1. Источник питания. Что предполагается? Солнечные батареи или что-то другое? Нужно рассмотреть варианты и сделать численные оценки, включая надежность в режиме хранения при криогенной температуре.
2. Какая предполагается электроника? Если кремниевый полупроводник, требуется опять же  оценка устойчивости к криогенным температурам и надежности в режиме хранения. 
3. Как активировать прибор в зоне "пробуждения"? Биметаллической релюгой? Нужен расчет нагрева в зависимости от площади, расстояния и параметров звезды.
Остальны вопросы предлагаю рассмотреть после проработки совокупности этих до цифирей.

[bob]

Пока ничего не очевидно. Начнем прорабатывать детали.
1. Источник питания. Что предполагается? Солнечные батареи или что-то другое? Нужно рассмотреть варианты и сделать численные оценки, включая надежность в режиме хранения при криогенной температуре.
2. Какая предполагается электроника? Если кремниевый полупроводник, требуется оценка устойчивости к криогенным температурам и надежности в режиме длительного хранения. 
3. Как активировать прибор в зоне "пробуждения"? Биметаллической релюгой? Нужен расчет нагрева в зависимости от площади, расстояния и параметров звезды.
Остальны вопросы предлагаю рассмотреть после проработки совокупности этих до цифирей.

1. Солнечные батареи, покрытые толстым слоем газового льда. Например, "сухого льда" под слоем чёрной матовой краски, нанесённым на поверхность для пресечения сублимации и диссипации до нагрева звёздой-мишенью вблизи, для защиты от космической пыли и газа и для блокировки поступления даже звёздного освещения на солнечные батареи.
2. Электроника специальная. Вместо изотопных или аккумуляторных батарей предложены вакуумные конденсаторные. Они могут пережить тысячи лет без деградации. Бортовой компьютер собирается, допустим, на флэш-модулях с ячейками увеличенного размера (чтобы противостоять космическим лучам). Там, где требуется транзистор, применяется вакуумная лампа. То есть - полный отказ от микроэлектронных технологий. Вся электроника подвергнута "даунгрейду", деминиатюризации, чтобы стать устойчивой ко времени и космическим лучам. Всё летит к цели замороженным и выключенным. Только солнечные батареи заморожены во включенном состоянии.
3. На ледяной линии сухого льда (где-то в районе орбиты местного экзоюпитера), газовый лёд с солнечных батарей испаряется, и батареи начинают давать ток, заряжая конденсаторную батарею. При достаточном заряде и достаточном токе зарядки (для гарантии, что это не случайное срабатывание), электронный вентиль открывается и подаёт ток на обогрев и на бортовой компьютер.

То есть аппаратик исходно совершенно мёртвенький, законсервированный, из него исключены элементы, подверженные деградации из-за факторов времени и межзвёздной среды. Просыпается только от утреннего чужого солнышка.  А запускается он прицельным механизмом с борта современной полнофункциональной АМС, выведенной за пределы ощутимого гравитационного влияния солнечной системы. Сама АМС, выполняющая роль подвижного старта, понятное дело, сдохнет от деградации, не пролетев и нескольких сотен а.е. Изотопные батареи и микроэлектроника совершенно не годятся для полётов длиннее вояджеровского. И ещё подвижных соединений не должно быть: любой подшипник за тысячу лет становится узлом крепежа намертво, хоть его в жидком азоте храни. Только электрика и химия.

[Janto]

Пока ничего не очевидно. Начнем прорабатывать детали.

1. Солнечные батареи, покрытые толстым слоем газового льда, например, "сухого" под слоем чёрной матовой краски, нанесённым на поверхность для пресечения сублимации и диссипации до нагрева звёздой-мишенью вблизи, для защиты от космичекой пыли и газа и для блокировки поступления даже звёздного освещения на солнечные батареи.

Вот, пока сконцентрируемся на солнечных батареях.  Набегают вопросы:
1. Нужна оценка их сохраняемости в течение заданного срока. Есть такие исследования? На вскидку не знаю. Можно для ориентировки грубо сэкстраполировать на основании имеющихся данных по надежности в условиях космоса. Может, кто из коллег возьмется?
2. Как запускать аппарат - со сложенными батареями или уже с развернутыми? Вопрос сопрягается с конструкцией электромагнитной пушки и механизмом пробуждения. ИМХО, предпочтительнее со сложенными, тогда не надо думать ни о какой защите. Но как раскрывать при подлете?

[Stepanov]

То, что вы тут описываете всё больше смахивает на комету.

[bob]

Вот, пока сконцентрируемся на солнечных батареях.  Набегают вопросы:
1. Нужна оценка их сохраняемости в течение заданного срока. Есть такие исследования? На вскидку не знаю. Можно для ориентировки грубо сэкстраполировать на основании имеющихся данных по надежности в условиях космоса. Может, кто из коллег возьмется?

Нужен анализ на то, на что они никогда не тестировались: на время деградации закрытых защитным кожухом батарей при температуре около абсолютного нуля: 10-20К.
Так что вопрос, скорее, теоретический: есть ли в солнечных батареях химический реагент, который может реагировать или разлагаться при таких температурах в абсолютной темноте. В принципе. Я такого реагента не знаю. Поэтому, мне кажется, что они доживут до цели.

2. Как запускать аппарат - со сложенными батареями или уже с развернутыми? Вопрос сопрягается с конструкцией электромагнитной пушки и механизмом пробуждения. ИМХО, предпочтительнее со сложенными, тогда не надо думать ни о какой защите. Но как раскрывать при подлете?

Аппарат подходит к цели в неуправляемом состоянии со случайной ориентацией в пространстве. Соответственно он должен быть покрыт солнечными батареями со всех сторон.
Насчёт пушки. Я предлагал её использовать не для ускорения, а для точности: ни один РД не способен выдать столь точный импульс последней коррекции, как пушка Гаусса с ориентированной массивной платформы.
Вот как я выше описываю процесс наведения и выстрела:
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,115150.msg2730659.html#msg2730659
"...Теперь важная деталь. Аппарат не может быть одноступенчатым. Дело в том, что сам протоархейский по своему устройству межзвёздный модуль не сможет точно навестись и произвести эту самую последнюю коррекцию. Он неизбежно будет туповат и грубоват для подобных задач. Для выведения его на траекторию потребуется современный аппарат, автоматическая обсерватория, напичканная современной нежной электроникой с изотопными источниками питания, ионными двигателями, хорошим телескопом и быстродействующим бортовым компьютером. Сам межзвёздный модуль корректирующего импульса выдавать вообще не должен. Вот тогда мы решим задачу наведения. Запуск должен быть пакетным. Под обтекателем тяжёлой РН типа "Протона" или "Сатурна" устанавливается современная многоцелевая массивная АМС, попутно предназначенная для пролётного исследования каких-нибудь ТНО, расположенных вблизи траектории увода, а также для попутных астрономических исследований. У неё спереди, на длинной направляющей, должны быть нанизаны два-три однотипных межзвёздных модуля с общим обтекателем, не сбрасывающимся до орбиты Нептуна, чтобы не нарушить их защиту хладагентом. Применим, так сказать, не морской, не воздушный, а подвижный дальнекосмический старт. АМС, стараясь как можно точнее следовать требующейся траектории, с многочисленными коррекциями, выходит далеко за пояс Койпера, до грани деградации собственной электроники и энергетики, и проводит следующую серию операций: ещё точнее наводится на звезду-мишень, применяя звёздный коронограф, и удерживая звезду в затменном поле коронографа, обменивается с ЦУПом информацией о своих точных координатах и скорости по допплер-эффекту, с точностью до метров в секунду, берёт поправку на запаздывание сигнала между ней и ЦУПом, отсчитывает упреждение, исходя из относительной скорости Солнца и звезды-мишени, и, после повторения этой процедуры, каждый раз выстреливает с направляющей очередной межзвёздный модуль. Точность стрельбы можно сделать очень высокой, применив подмагничивание направляющей. Каждый модуль должен плыть вдоль направляющей как считывающая головка над HDD . Высокая скорость отстрела не требуется. Требуется точность, сопоставимая с точностью наведения коронографа..."

[bob]

То, что вы тут описываете всё больше смахивает на комету.

Ну, на подлёте он похож на маленькую такую кометку тонны на две, на три. С сотенкой-двумя  килограммчиков льда на поверхности. Поэтому, когда выше мне задали вопрос, может ли такой зонд чужого производства быть обнаружен в солнечной системе, я ответил - однозначно нет. На расстоянии он выглядит как выгоревший маленький кометный фрагмент непериодической кометы, и внешне, и по орбитальным параметрам, а передачи с него возможны только остронаправленные, в направлении ЦУПа. Шансов оказаться на их линии нет. Проходит он через систему один раз, передачу ведёт только года два, пока летит от одной стороны ледяной линии до противоположной, через внутренние области планетной системы.

[Janto]

Вот, пока сконцентрируемся на солнечных батареях.  Набегают вопросы:
1. Нужна оценка их сохраняемости в течение заданного срока. Есть такие исследования? На вскидку не знаю. Можно для ориентировки грубо сэкстраполировать на основании имеющихся данных по надежности в условиях космоса. Может, кто из коллег возьмется?

Нужен анализ на то, на что они никогда не тестировались: на время деградации закрытых защитным кожухом батарей при температуре около абсолютного нуля: 10-20К.
Так что вопрос, скорее, теоретический: есть ли в солнечных батареях химический реагент, который может реагировать или разлагаться при таких температурах в абсолютной темноте. В принципе. Я такого реагента не знаю. Поэтому, мне кажется, что они доживут до цели.

Скорей всего, соответствующие расчеты и оценки должны быть, надо искать. Это же полупроводник, кремниевый p-n переход, чувствительный к фотонам. Бомбардироваться фотонами космического излучения будет в течение всего полета. Энергия будет мизерная, зато срок большой, что может в итоге дать большую дозу. Надо смотреть ГОСТ на спецфакторы, группу 5 - космические аппараты, там должны быть и формулы и цифры. 

Аппарат подходит к цели в неуправляемом состоянии со случайной ориентацией в пространстве. Соответственно он должен быть покрыт солнечными батареями со всех сторон.

Такая конструкция тоже требует расчетной оценки - а хватит ли площади для получения требуемых энергетических характеристик? У большинства спутников батареи раскрываются после выхода на орбиту.

[bob]

рассмотреть после проработки совокупности этих до цифирей.

Надо понимать, что это эскизное проектирование и модель защиты миссии от возможных угроз, носит чисто теоретический, я бы даже сказал, чисто умозрительный характер. Никто ничего никуда запускать не собирается. Интересно, возможно ли в принципе что-то работоспособное доставить к соседней звезде при помощи современных технологий. Хоть простой шарик типа первого советского спутника. Но так, чтобы работал. Пока получалось, что в принципе нельзя: нет таких источников питания и такой надёжной аппаратуры, чтобы проработала тысячу лет даже при многократном резервировании. То есть полёт автомата в горячем режиме отпадает. Остаётся полёт в холодном режиме. Полностью холодном. Даже без скрытого тайминга и относительной гибернации. Тогда нужно искать способ пробуждения полностью выключенного замёрзшего аппарата лишённого внутренних источников питания, от внешних причин. И конструкцию, способную такое выдержать и обеспечить. Вот так эта тема и возникла.

[bob]

Такая конструкция тоже требует расчетной оценки - а хватит ли площади для получения требуемых энергетических характеристик? У большинства спутников батареи раскрываются после выхода на орбиту.

Площадью мы не ограничены. Мы немного ограничены массой, но до такой детализации пока не дошли. Кстати, у спутников батареи раскрываются в стороны и лежат в одной плоскости только для простоты и экономии. Самые простенькие кубосаты же, к примеру, часто летают, обкленные батареями как раз со всех сторон, на всякий случай. Чтобы ток не пропал при нарушении ориентации.
Ещё мы ограничены обтекателем РН. Но, под столь особый случай, можно сделать обтекатель поширше. Кстати, окружающий межзвёздный модуль кокон из батарей можно тоже сделать трансформируемым, раскладывающимся при отделении от носителя.

[Janto]

рассмотреть после проработки совокупности этих до цифирей.

Надо понимать, что это эскизное проектирование и модель защиты миссии от возможных угроз, носит чисто теоретический, я бы даже сказал, чисто умозрительный характер.

Я бы даже сказал, что это еще более ранний этап - этап технического предложения. Но именно на этом этапе просчитываются все принципиальные моменты для определения реализуемости - мы же к этому стремимся?.  А без цифр это, мий пардон, всего лишь бесплодное интеллектуальное развлечение на основе женской логики - "то ли да, то ли нет"