Колонизация Титана

[alex_semenov]

Как считать - см. учебник Баллистика космических аппаратов
http://a5.bstu.spb.su/wp-content/uploads/Lib/%D0%93%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D0%B0%203.pdf

Учебников - тьма. Но вы сами то в них разобрались?

Так эта система считается только методом последовательного приближения.

Блин!!!  Старый я уже... Не люблю я таких выкрутасов... Брутально это как-то, некрасиво.  Но если так, то тогда конечно... Но буду рад, если вы окажетесь не правы, Кот.

Я считал в математике (Wolfram Mathematica). Там есть встроенная функция для решения систем уравнений. Т.е. функций a = f(t,  Rp, Rs ), e = k(t,  Rp, Rs), E=l(t,  Rp, Rs) как таковых нету, решение итеративное. Там же уравнения Кеплера.
Наверное, нетрудно переделать для маткада, например. Эксель не просите - я в нём не шарю.

Хреново, конечно. Но все равно спасибо. Это все-таки опора для проверки моего простого приближения (теперь ясно что оно примитивно-простое по сравнению с этим). И я там нашел у себя еще одну ошибку, похоже...

А на пальцах Вам первый же комментатор порекомендовал: считайте через энергии.
У нас же нет Закона Сохранения Скорости. А ЗСЭ  есть!

Да, согласен. Я неверно тут вычисляю соотношение начальной и конечной скоростей. Но вот как исправить... Гм... пока не сообразил как выкрутить в общем виде...

[библиограф]

Учебников - тьма. Но вы сами то в них разобрались?

Нет, конечно, у меня другая специальность.
Невежда не может иметь определенного суждения, профан всегда его имеет!
Догадались, наверное, о ком это?

[alex_semenov]

Догадались, наверное, о ком это?

О вас? То то я вижу вы  - под наблюдением!

[библиограф]

О вас? То то я вижу вы  - под наблюдением!

О, я вижу, вы очень наблюдательны, но сообщения я публиковать могу, и поэтому, к обсуждаемому предмету это отношения не имеет.
Вот, кстати, ещё одна статья с анализом возможных схем полета к Сатурну, с использованием гравитационного маневра.
http://trudymai.ru/upload/iblock/8ea/analiz-slozhnykh-skhem-poleta-k-saturnu-s-ispolzovaniem-gravitatsionnykh-manevrov-i-impulsov-skorosti-v-glubokom-kosmose.pdf?lang=ru&issue=52
Выводы и оценки там наглядные, и понятны неспециалисту.
То что в ней называется быстрым перелетом - это 2245 суток
А не хотите ли сказать, что вы сумели бы воспроизвести эти расчёты ?
Ne sutor supra crepidam judicet (Сапожник пусть судит не выше сапога!)

[Sharkу]

А трупам какая разница, за сколько они прилетят к Сатурну?

Оооо, да пока эти горе-математики свои уравнения порешают, да лазер на Луне достроят, мы, биологи, им таких ГМО уберзольдатен наплодим, что любо-дорого. Зелёных, чтоб кислород фотосинтезировали, глаз штук 6 для панорамного обзору, гамма-лучи альфа частицами закусывать будут. Самому Сатурну флаговтык сделают, чо на Титаны мелкие размениваЦЦо.

[crazy_terraformer]

Догадались, наверное, о ком это?

О вас? То то я вижу вы  - под наблюдением!

I've got a filing somebody's watching him

http://www.youtube.com/watch?v=7YvAYIJSSZY#

[библиограф]

И, ещё одна книжка, привет из далекого прошлого,  электрические двигатели только делали первые шаги, а ракетные моторы на внутриатомной энергии  уже вовсю испытывались на стендах.
https://www.youtube.com/watch?v=ZRTrTRXOaTM
Тогда никто и не сомневался, что будущее именно за ними.
Ильин В. А., Кузмак Г. Е.
Оптимальные перелеты космических аппаратов с двигателями большой тяги
http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/ilin/optimalnye/01.html
Всё понятно?

[Андрей Астрофизический]

Титан тело с плотной атмосферой.Аэробрэкинг,причем гораздо более полезный чем в случае с той же Землей.Можно на эллипс вокруг Титана,а можно в системе Сатурна остаться.Единственно Александр Анатольевич предлагает какие-то невменяемые скорости перелета(зачем?)

Чтоб гаврики не состарились.
Аэробрэкинг оно конечно здорово. Только тут есть два НО:
1) Попасть с Земли в Титан, существенно сложнее, чем в Марс. А если промазали, то у кораблика не хватит силенок на то чтобы скорректировать прицел и все-же попасть.
2) Вход в атмосферу (Титана) с гиперболическими (для СОЛСИСТЕМЫ) скоростями, и чтоб с первого нырка затормозить до, как максимум, параболической траектории вокруг Титана. Забористый Аэробрэкинг выходит. Маск на Марсе ТАКОГО вытворять не планировал))) потребуется кораблик обмазать теплозащитой в хз сколько слоев, чтоб он не испарился от такого.

[SpaceEngineer]

"Гюйгенс" же не промазал. Особенно учитывая то, что был запущен с "Кассини" с помощью пружины.

[Ulkolainen]

след-но, отправлять туда не только посадочный модуль, но и полноценный разгонный (в смысле – тормозной)  блок.

Какой-такой еще тормозной?Титан тело с плотной атмосферой.Аэробрэкинг,причем гораздо более полезный чем в случае с той же Землей.Можно на эллипс вокруг Титана,а можно в системе Сатурна остаться.Единственно Александр Анатольевич предлагает какие-то невменяемые скорости перелета(зачем?),поэтому сразу не сядешь,но со второго,третьего нырка вполне.

Мамой клянус, потерпевший сам на ножик сердцем упал, раза два-три...
Откуда возьмётся множественность нырков, если при первом гасится только малая часть "невменяемой" скорости, а на оставшейся наш КА продолжит догонять Умуамуу?

Да, согласен. Я неверно тут вычисляю соотношение начальной и конечной скоростей. Но вот как исправить... Гм... пока не сообразил как выкрутить в общем виде...

Всё уже украдено исправлено до нас.
Разберитесь по книжке, какая скорость принимается там за V_пл. Продолжаю подозревать, что относительная к системе Сатурна. Тогда для перевода в СО отлётной её надо либо вычесть из орбитальной (Сатурн догоняет КА) либо сложить(КА догоняет Сатурн). Узнаем б-м точную затрату Е_кин на подъем с 1 а.е. до 10.
Вторая реперная точка - заказанный по Вашему техзаданию срок полёта (1 год).

[библиограф]

 

Откуда возьмётся множественность нырков, если при первом гасится только малая часть "невменяемой" скорости, а на оставшейся наш КА продолжит догонять Умуамуу?

Кое-что, всё-таки возможно! Пишут даже, что можно в атмосфере Юпитера тормозить, при выходе на орбиту ИСЮ.
http://trudymai.ru/upload/iblock/9e0/sokolov_rus.pdf?lang=ru&issue=87

[Кремальера]

Маск на Марсе ТАКОГО вытворять не планировал))) потребуется кораблик обмазать теплозащитой в хз сколько слоев, чтоб он не испарился от такого.

Curiosity летел по быстрой траектории ,сел сходу и ничего.Со Starship-ом изначально также планировалось скопировать эту 100-дневную траекторию и садиться сразу.Но затем бур оговорился насчет перегрузок ,они в этом случае будут за 5 "жэ",-не все колонисты поймут.Поэтому предложил сначала аэробрекингом выйти на эллипс а садиться со второго нырка.Объясните мне пожалуйста почему этого нельзя сделать с Титаном,имеющего гораздо более плотную и предсказуемую атмосферу?При этом я не беру умопомрачительные скорости ,которые изначально заявляет в своем тех.задании Семенов,а уповаю лишь на 10 км/сек дельту с земной НОО.

[библиограф]

.Но затем бур оговорился насчет перегрузок ,они в этом случае будут за 5 "жэ",-не все колонисты поймут

В расчеты вкралась ошибка. Они не прошли над атмосферой, а ударились о нее. Корабль врывался в воздух с грохотом, от которого у них лопались барабанные перепонки. Распластанные каждый на своем ложе, они чувствовали, как сжались до предела амортизаторы; передние экраны полыхнули ярким пламенем и погасли, - подушка раскаленных газов расплавила наружные объективы, торможение началось слишком поздно и было недостаточно интенсивным. Рубку наполнил чад от жженой резины. Под прессом перегрузки люди слепли и глохли. Близился конец, но даже об этом никто не мог думать: не хватало сил, чтобы расширить грудную клетку, глотнуть воздуха, - это делали за них все еще работающие кислородные пульсаторы, которые вталкивали воздух в людей, как в лопающиеся баллоны.
     Внезапно рев стих. Вспыхнули аварийные лампы, по шесть с каждой стороны, люди зашевелились, над разбитым, сплюснутым в гармошку пультом двигателя багровел сигнал тревоги, куски изоляции, осколки плексигласа с шелестом елозили по полу, рева не было - все поглотил глухой усиливающийся свист.
    Станислав Лем "Эдем"

[Ulkolainen]

Объясните мне пожалуйста почему этого нельзя сделать с Титаном,имеющего гораздо более плотную и предсказуемую атмосферу?

Можно, но не на Семёновских скоростях.

При этом я не беру умопомрачительные скорости ,которые изначально заявляет в своем тех.задании Семенов,а уповаю лишь на 10 км/сек дельту с земной НОО.

Вы же начали разговор об аэробрекинге с возражения на моё Семёнову, что придётся

отправлять туда не только посадочный модуль, но и полноценный разгонный (в смысле – тормозной)  блок

В том-то и проблема, что избыток слишком большой для торможения об атмосферу и неизбежный при реализации задачи "долететь к Сатурну за 1 год".

[Андрей Астрофизический]

Особенно учитывая то, что был запущен с "Кассини"

Curiosity летел по быстрой траектории ,сел сходу и ничего.

Вот и не поймешь. То ли вы шутите, прикалываетесь. То ли принципиально не читали, об чем речь.
Семенов, разгребайте. Это вам аэробрейкинг прислали, на скорости порядка десятков км/с. Так что кроме межпланетного перелета, считать вам так же тепловой щит, и сколько будет его масса в % от корабля.

[Андрей Астрофизический]

на скорости порядка десятков км/с

Я тут даже посчитаю.
Если ставить целью достижение Сатурна за год, то средняя скорость не может быть менее 43 км/с.
И прямо отнять отсюда орбитальную скорость Сатурна, тоже не получится - не по гоману перелет, угол между векторами скоростей в СО солсистемы, Сатурна и корабля, при встрече будет близок к 90 град.

Curiosity

Starship

Гюйгенс

Кассини

Кто из них делал или планировал, аэробрэкинг на скорости 43 км/с, я что-то не припомню. И, кто из них планировал попасть в атмосферу Титана, наводясь с Земли, я тоже не припоминаю.
Так что наверное, это вы шутили все же)

[LonelyWanderer]

Как то тут многие важные факторы опускаются, ведь речь идет о пилотируемом полете. А значит нужно учитывать еще как минимум два - перегрузки и безопасность. Сумасшедшее торможение об атмосферу Титана с большой скорости ставит под вопрос и то и другое. Атмосфера Титана плотна, но мала. С очень большой скорости не получится затормозить без очень больших перегрузок и не подвергая экипаж очень большой опасности. На какой скорости вы хотите тормозиться об атмосферу Титана? 10 км/с? Тогда можно сразу сесть или выйти на орбиту. 40 км/с? Не знаю, насколько это реально для теплозащиты, но если считать перегрузки, допустим в 10g, то за 10 секунд мы затормозим всего на 980 м/с, а пролетим аж 400 км. То есть мы зайдём в верхние слои атмосферы и уже начнем из нее выходить. За 100 секунд мы затормозим всего на 9.8 км/с, а пролетим почти 4000 км, что больше радиуса планеты и гораздо больше той траектории в атмосфере, которая нам доступна. Реально времени у нас секунд 20. Причем 10g у нас будет только в самой плотной её части. Итого, реально сбросить скорость в атмосфере Титана едва ли возможно больше, чем на 1.5-2 км/с.
Маневр Оберта на торможение нужен у Сатурна с выходом на достаточно высокую эллиптическую орбиту, если Титана нет по пути движения. Здесь понадобится гораздо меньше, чем 40 км/с сбрасывать. Затем в апоцентре второе торможение и подъем перицентра (и увеличение времени орбитального движения) до того момента, чтобы в каком- то месте пересечься с Титаном. Он при этом может быть в принципе в любой точке, окно здесь не обязательно, потому что встреча будет уже на вменяемой скорости (скорость орбитального движения Титана 5.57 км/с, 2-я космическая 2.64 км/с) и можно будет сразу совершить посадку, затормозившись об атмосферу.
Можно искать стартовое окно, когда Титан будет непосредственно за Сатурном и совершить посадку на Титан сразу без маневров в апоцентре, так сэкономится и топливо, и время.
Вот и считайте, сколько нужно еще сбросить у Сатурна, чтобы получилось не более его 2-й космической (35.5 км/с).Очевидно, что маневр Оберта на торможение не будет сильно эффективным, если скорость полёта будет много выше 2-й космической Сатурна, иначе это грозит большими тратами топлива. Сбросить скорость ниже 2-й космической нужно во-первых в целях вменяемой скорости встречи с Титаном, а во-вторых в целях безопасности, если вдруг что-то пойдет не так, у нас же пилотируемый корабль, который летит на Титан, а не на Муму - чтобы в случае чего хотя бы остаться на орбите Сатурна для решения проблем.
Еще совершенно не разобрано, как тут быть с радиационными поясами.

[LonelyWanderer]

Что же касается торможения в атмосфере Сатурна, то тут нужно считать. Мы имеем ограничение в силе торможения (допустим, в 10g), и у нас есть ограниченное время взаимодействия с атмосферой, имеющей градиент плотности по высоте, то есть максимальное торможение будет лишь в нижней точке траектории. Как мы помним, при торможении в 10g за 100 секунд мы сбросим 9.8 км/с, корабль при этом пролетит порядка 4000 км. Надо считать кривизну траектории, атмосферы, ее градиент плотности, но, возможно этим мы совершим достаточный для выхода на орбиту маневр Оберта. Но опять же, становится вопрос безопасности, ибо столь интенсивное торможение на столь большой скорости это вам не хухры-мухры, и абляционные щиты должны быть особо выносливы. Плюс нам нужны запасы маневров на возможные ошибки. Километром ниже окажемся - пополним запасы тяжелых веществ ядра Сатурна, чуть выше - улетим догонять Муму.
Поэтому, как мне кажется - нужно применять ограниченное торможение в атмосфере Сатурна на большой высоте, где она более протяжённа и вероятность ошибки ниже, и погасив лишь часть скорости. Вторую часть нужно гасить двигательными установками при выходе из атмосферы, или на входе, или же 2 импульса перед входом и после выхода, заодно корректируя и уточняя получаемую орбиту (в Кербале я делал именно так, получалось гораздо безопаснее, у других вариантов либо чаще катастрофы выходили, либо выходил на нерасчетную орбиту с последующим перерасходом топлива).

[crazy_terraformer]

Надо токмо протиснуться между материалом колец, либо лететь над или под кольцами.

[LonelyWanderer]

А еще нужно считать другие моменты. Создавая огромные ракеты для достижения огромных скоростей, может получится так, что мы меньшими затратами массы можем сделать адекватную радиационную защиту у корабля. Например,  шар диаметром в 10 метров при весе квадратного метра в 1 тонну будет весить 314 тонн. Эта защита намного солиднее, чем у МКС.. Этой защитой могут быть и баки с топливом - мы же хотим и назад возвращаться, причем с большой скоростью, а значит и топливо еще будет. Поэтому, я думаю, более разумный вариант будет компромиссным между скоростью и массой радиационной защиты. Что же касается невесомости, разве проблема подвесить корабль на длинный трос и завращать его относительно бака с частью топлива?