Колонизация Титана

[crazy_terraformer]

... А почему Маск не поставил на титан? В смысле металл титан. Почему нержавейка? Титан дорог.

Химически активней стали.
Температура плавления   1670 °C 1943 K
Устойчив к коррозии благодаря оксидной плёнке, но при измельчении в порошок, а также в тонкой стружке или проволоке титан пирофорен.. Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки — 400 °C. Титановая стружка пожароопасна.
При нагревании на воздухе до 1200 °C Ti загорается ярким белым пламенем с образованием оксидных фаз переменного состава TiOx.

С азотом N2 выше 400 °C титан образует нитрид TiNx (x = 0.58—1.00). Титан — единственный элемент, который горит в атмосфере азота.
Так что нужна ванна из аргона и термостойкая термоизоляция возможно аблирующая для входа в атмосферу на космических скоростях.

[Кремальера]

Гм... А почему Маск не поставил на титан? В смысле металл титан. Почему нержавейка? Титан дорог

Дело не только в дороговизне.Он очень сложен в механо-обработке.А нержа свое слово еще не сказала.У спейсов есть целый металлургический отдел,они уже имеют на руках уникальные сплавы Sx300,Sx500 работающие в запредельных условиях движка Раптор.Идут работы по Sx800.Ведь идея бура с транспирационным охлаждением при входе не возникла на пустом месте.Еще эти т.н."крылья Дракона"(сиречь раскладываемый металлизированный волан встроенный в носовую часть конструкции корабля) которые позволили бы Старшипу вообще не иметь ТЗП.

Это я нарыл у  Гильзина "Электрические межпланетные корабли" 1970 г.

Хм.Деньги на новые наработки по ионникам NASA выделяет.Но выделяет по инерции.После hiPEP(самой большой надеждой по сабжу) стало понятно что для пилотируемых кораблей это тупик.

[AlexAV]

В смысле металл титан.

У лучших титановых сплавов жаропрочность не выше 750 градусов. Изделие из титана без теплозащиты к аэродинамическому торможению орбитальными скоростями непригодно точно.

Алекс, а что вы скажете по поводу того, что Маск собирается тормозить об атмосферу "пустой бак", то есть большую тормозную поверхность при малой массе (и проблема у этого бака - устоять на поверхности под порывами ветра)? 

Пустой бак с первой космической ещё может быть затормозит. Со второй - уже сомнительно (предел жаростойкости большинства жаростойких сталей не превышает 900 градусов, у лучших никелевых сплавов - 1100, выше 1100 под механической нагрузкой никакой сплав системы Fe-Ni-Cr не держит точно, тут никакие усилия по поиску состава стали не помогут, это попросту невозможно, а при торможение со второй космической вероятнее всего будет больше). Тут проблемы начинаются задолго до температуры плавления, при превышение некоторой температуры резко падает прочность металла и растёт его ползучесть, большая конструкция при этом при торможение в атмосфере будет просто механически разрушена аэродинамическими силами.

Однако, там же предлагается тормозить не только пустой бак. При полёте к Марсу придётся тормозить бак с очень солидной ПН (без аэродинамического торможения полёт на Марс на химии вообще малоосуществим, как и возвращение с Марса на Землю), причём на картинках, которые они рисуют, размещённой очень нерационально (в носовой части, а это означает возникновение сильных поперечных нагрузок в конструкции при торможение в атмосфере) . А тут ещё резкое падение прочности конструкции из-за перегрева в атмосфере. То что в этом случае возможно обойтись без специальной теплозащиты - весьма сомнительно.

[AlexAV]

Ведь идея бура с транспирационным охлаждением при входе не возникла на пустом месте.Е

Идея выглядит довольно патологической. Попросту расход топлива на это охлаждение будет невменяемо большим. Теплота испарения метана - 0.5 МДж/кг. Удельная кинетическая энергия конструкции при скорости 7.9 км/c - 31.2 МДж/кг. Соотношение величин явно несовместимо с каким-то практическим применением этой схемы.

[crazy_terraformer]

Ведь идея бура с транспирационным охлаждением при входе не возникла на пустом месте.Е

Идея выглядит довольно патологической. Попросту расход топлива на это охлаждение будет невменяемо большим. Теплота испарения метана - 0.5 МДж/кг. Удельная кинетическая энергия конструкции при скорости 7.9 км/c - 31.2 МДж/кг. Соотношение величин явно несовместимо с каким-то практическим применением этой схемы.

Теплота испарения O2 106.566 кДж/кг  маловата.

[noxx77]

А вот постоянное нахождение в закрытом помещении, однообразное питание и ограничение в передвижениях (вы этот факт никак не прокомментировали) это у людей традиционное уголовное наказание.

Из закрытых пространств неустранимо только ограничение передвижения. Но, перемещения современного работающего человека по большей части вынужденные и связаны - о ужас - с нахождением в замкнутой среде транспорта по маршруту дом-работа и обратно. Далее, качество самих замкнутых помещений может быть очень разным. Некоторые вполне предназначены для качественного отдыха - я видел подвальные солярии с имитацией пляжа, и зелёные комнатные "патио", не говоря уже об игровых зонах в разного рода торговых комплексах и т.д., поэтому всё будет зависеть от уровня развития колонии. Что касается питания, то здесь та же самая ситуация. Из небольшого набора ингредиентов, которые можно вырастить в биорегенеративных СОЖ (пшеница, свёкла, морковь, соя/нут, салаты, водяной кресс, чуфа, солерос европейский), включая "комнатные" наборы зелени (лук, базилик (сотни сортов с разными вкусами, кстати), розмарин, горчица, укроп петрушка, мята, мелисса), вполне можно обеспечить сносный и даже вкусный рацион. На основе чуфы - она же земляной миндаль - по вкусу и остальным свойствам как миндаль, но слаще - и сои можно приготовить целый ряд вкусных заменителей молочных продуктов, к примеру, а морковный чай пили наши предки - напиток своеобразный, но довольно вкусный. Из пшеницы несложно получить солод и далее сироп как основу для сладостей.  Возможны супы, каши, салаты, выпечка... Да, рацион не для гурманов, но опять-таки приемлемый. Поэтому сравнения с тюрьмой минимум, некорректны. Да, первые колонизаторы будут
суровыми людьми, как представители многих профессий на Земле, но в меру. По мере роста колонии рацион будет расширяться. Думаю, ответил.

[noxx77]

И, кстати, к разнообразной пище, некоторые виды которой (например морепродукты) поступают как раз таки в основном из биоценозов.

Марифермы тоже не новость. Вы далеко не всегда сможете отличить продукты, выращенные на фермах от природных. Тем более, по мере деградации экосистем, в результате вылова и загрязнения, искусственные продукты получают преимущество по качеству.

[noxx77]

Вводная этой и прочих подобных тем такова, что экономические возможности Земли для старта этого процесса достаточны и мотивация существует не зависимо от её конкретной рационализации.

Проблема такой вводной в том, что она достаточно абстрактна, потому что снимает ресурсную ограниченность для абсолютно любой схемы - хоть ЖРД вози всё и сразу. С другой стороны, почему бы и нет.

[noxx77]

Практическая ценность данных тем состоит в наглядной проработке ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОЙ возможности либо невозможности заявленной цели.

А биологическая подойдёт? Например, меню колонистов и параметры СОЖ исходя из него?

[Rattus]

Проблема такой вводной в том, что она достаточно абстрактна, потому что снимает ресурсную ограниченность для абсолютно любой схемы - хоть ЖРД вози всё и сразу.

Ну в разумных пределах - и только для запуска процесса. Далее - по минимуму - иначе это не колония будет, а просто база.

А биологическая подойдёт?

Это, разумеется, входит в.

[николай теллалов]

меню колонистов и параметры СОЖ

самим колонистам тоже неплохо бы внести некоторые изменения в свою физиологию, думаю

[alex_semenov]

У лучших титановых сплавов жаропрочность не выше 750 градусов. Изделие из титана без теплозащиты к аэродинамическому торможению орбитальными скоростями непригодно точно.

Я не вникал, но где-то мельком читал что Лозино-Лозинский свою "Спираль" планировал делать из титана (и мол "лаптю" совсем не нужна была керамическая плитка для торможения, мол и титан справлялся идеально, но могу ошибаться).
Да и сверхзвуковая "Сотка" тоже делалась из титана (SR-71 вроде тоже?).
Конечно, нагрев при сверхзвуке не нагрев при аэроторможении. Но при аэроторможении в любом случае выделяется столько энергии, что никакой материал не годится по-сути. Нужны ухищрения.
Титан все же легче стали в два раза. И если у вас бюджет массы не срастается, всегда можно попробовать заменить стальные элементы титановыми.
Пусть не снаружи. Но внутри- точно (там у Маска вроде планировали двойную стенку бака).
Лично для меня в концепции ITS как раз революционным была идея крупной (со взрыволет!) но ЖРД-ркаеты! Ясно что это чисто инженерная фантазия. Но я, дебил, даже не смел помыслить инженерно такое! Я "на глаз", "по привычке" был уверен что на ЖРД мыслимы только "капсулы", то есть переделанные под пилотов (по-сути) военные боеголовки. И только.

Однако, там же предлагается тормозить не только пустой бак. При полёте к Марсу придётся тормозить бак с очень солидной ПН (без аэродинамического торможения полёт на Марс на химии вообще малоосуществим, как и возвращение с Марса на Землю), причём на картинках, которые они рисуют, размещённой очень нерационально (в носовой части, а это означает возникновение сильных поперечных нагрузок в конструкции при торможение в атмосфере) . А тут ещё резкое падение прочности конструкции из-за перегрева в атмосфере. То что в этом случае возможно обойтись без специальной теплозащиты - весьма сомнительно.

Большая часть груза, наскольок я могу судить, более-менее в середине. В носу - кабины экипажа. А это в основном пустоты (так сказать).



Понятно что без СУММЫ ухищрений (аэроторможение, заправка на обратный путь на Марсе) на химии летать за пределы земной орбиты просто немыслимо.
Конечно набор идей, которые двигает команда Маска ВОПИЮЩЕ-"революционны" и тем не менее я не думаю что их можно ткнуть носом в нелепости и ошибки так просто. Они там конечно ребята молодые да ранние, но тоже "не пальцем деланные".

Другое дело, что они тихий и сложный процесс поиска инженерных решений ("когда бы знали из какого сора, растут стихи не ведая стыда!") сделал своего рода шоу... Это как в том анекдоте, почему нельзя женщину отыметь на Красной площади. Слишком много "сопереживающих" советчиков.
Хотя, споереживающие советчики может быть и не так плохо в его случае (есть же любители пляжной груповухи, и там всяких публичных "выступлений", на камеру) а вот завистники, которые норовят очень удачно прокомментировать ваши телодвижения...
Да, это снижает потенцю...

Ведь идея бура с транспирационным охлаждением при входе не возникла на пустом месте.Е

Идея выглядит довольно патологической. Попросту расход топлива на это охлаждение будет невменяемо большим. Теплота испарения метана - 0.5 МДж/кг. Удельная кинетическая энергия конструкции при скорости 7.9 км/c - 31.2 МДж/кг. Соотношение величин явно несовместимо с каким-то практическим применением этой схемы.

Алекс, ну и козе понятно что так считать нелзя. При аэроторможении "тупым концов" далеко не вся выделяющаяся при торможении энергия достается тормозящей поверхности. Для того и тупой конец, чтобы  самой "тупой поверхности" доставалось как можно меньше тепла, чтобы тормозил фронт ударной волны, созднанный тупым концом, а то что достается поверхности корабля, это не более 10-й части. И, как я понимаю, "принцип утюга" , как тут умно говорят "транспирационное охлажнение", работает как та же абляция.
Тут если и сравнивать энергию испарения  топлива (а там вроде шла речь даже о разложении топлива?), то не с энергией корабля, а с энергией, скажем, абляции ТРАДИЦИОННОГО покрытия наших спускаемых аппаратов. Тех же смол (что там используется?). Думаю получатся сравнимые результаты, а по массе эти смолы не занимают так уж много в массе спускаемых аппаратов (кстати изначально рассчитанный на спуск в атмосфере при возврате с Луны, то есть 11.05 км/с, кажется):



То есть идея Маска с этим "утюгом" не выглядит столь уж безумной. На Маска все еще работает принцип: "большой корабль лучше маленького". Хотя он все же отступает и размеры сильно снижает (что есть очень плохо!)

Все-таки ГЛАВНА "революция" концепции Маска (конечно это сумма разных идей, от него только посадка на хвост, и то она не совсем его, но им осуществлена) в БОЛЬШОМ размере.  По-сути ITS имеет габариты взрыволета. Настоящего космического корабля из мечтаний 50-х.
В 60-х начали делать "капсулы".
Верх этого "минимализма" - "Джимини". Места меньше чем в "Запорожце" на двух потных мужиков. Все пинают Восход, куда запихнули трех космонавтов без скафандров. Но  примерно в это же время экипаж  "Джемини-7" просидел на орбите "в капсуле" чуть ли не 14 дней.



Именно просидел, так как другой позы у них там и не было. Говорят, что когда спасатели открывали капсулу, оттуда несло мочой и потом хуже чем из деревенского клозета.
Первые годы космической гонки ЗАДАЛИ СТИЛЬ, который до сих пор доминирует в головах космических конструкторов. Но тогда это было понятно зачем. Но теперь это просто инерция мышления (и да, конечно, надо бабки/массу экономить).
В этом смысле, электроракетные ионолеты выглядят продолжением этой традиции. Все равно будем экономить "на запасных памперсах". Будем лепить надувные капсулы но капсулы...



Использовать принцип "большая ракета - это лучше маленькой" тут все еще под запретом. А Маск пытается использовать именно принцип "большой лучше малого". В этом "революционность".

меню колонистов и параметры СОЖ

самим колонистам тоже неплохо бы внести некоторые изменения в свою физиологию, думаю

В контексте выше сказанного мной, да, хорошо бы "продолжная традицию" вывести космонавтов/колонистов-лилипутов что бы запихнуть их в капсулу-боеголовку...

[noxx77]

В контексте выше сказанного мной, да, хорошо бы "продолжная традицию" вывести космонавтов/колонистов-лилипутов что бы запихнуть их в капсулу-боеголовку...

Если бы у бабушки... Какие изменения человека необходимы для космоса не раз обсуждались: адаптации к радиации, микрогравитации, миниатюризация тел (всё равно на человеческой основе меньше метра не выйдет), психическая устойчивость и коллективизм, синтез витаминов и необходимых аминокислот. Было бы неплохо, но в целом, наверное, даже проблемнее, чем взрыволёты.

[AlexAV]

Алекс, ну и козе понятно что так считать нелзя. При аэроторможении "тупым концов" далеко не вся выделяющаяся при торможении энергия достается тормозящей поверхности.

Действительно, далеко не вся энергия выделявшийся при торможение будет поглощена поверхностью. Но это фактор порядка единицы. Ну 0.2, ну 0.1, но едва ли меньше. А тут соотношение между выделявшейся энергий и теплотой испарения метана такое, что 5% хватит, чтобы конструкция никуда не полетела точно. Даже если 1% энергии конструкции будет рассеиваться за счёт испарения метана  - массовое совершенство (с учётом той части метана, которая будет служить не топливом, а хладагентом) падает до совсем неприличных значений, таки,х что такая конструкция ни на какой Марс не улетит.

абляции ТРАДИЦИОННОГО покрытия наших спускаемых аппаратов.

Теплота абляции традиционного абляционного покрытия 20 - 110 МДж/кг (вот тут таблица с параметрами для некоторых материалов https://mplast.by/encyklopedia/ablyatsiya-polimerov-ablation/), а теплота испарения метана 0.5 МДж/кг. Для того чтобы снять один и тот же поток тепла расход традиционного абляционного покрытия будет более чем в 50 - 200 раз ниже, чем метана. Испарение абляционного покрытия - сопровождается сильно эндотермическими химическими реакциями, которые и забирают тепло. А испарение метана - испарение вандервальсовой жидкости. Способность отбирать тепло тут просто не сопоставима. Вообще жидкий метан - довольно плохой хладагент,  особенно если речь об отводе тепла от поверхности с высокой температурой. Холоднее - не значит лучше охлаждает.

При этом масса испаряющегося традиционного абляционного покрытия (несмотря даже на то, что оно в 50-200 раз эффективнее, чем охлаждение за счёт испарения метана) всё равно весьма высока и если нанести такое покрытие на ступень РН - её массовое совершенство упадёт очень сильно. А про охлаждение таким плохим хладагентом, как жидкий метан, тут даже говорить бессмысленно.

[AlexAV]

Да и сверхзвуковая "Сотка" тоже делалась из титана (SR-71 вроде тоже?).

У SR-71 максимальная температура на корпусе что-то около 400 градусов, что для титана более чем приемлемо. Но у него и скорость чуть меньше 1 км/с. А у орбитального аппарата - минимум 7.8. А тепловой поток растёт как куб скорости.

"Спираль" планировал делать из титана (и мол "лаптю" совсем не нужна была керамическая плитка для торможения, мол и титан справлялся идеально, но могу ошибаться).

Бор-4 (который делали на базе проекта Спирали) совершенно точно летал с теплозащитной плиткой.

Большая часть груза, наскольок я могу судить, более-менее в середине. В носу - кабины экипажа. А это в основном пустоты (так сказать).

На Вашем рисунке кое-чего не хватает. А именно баков с топливной парой, которые  должны занимать ~90% объёма, но при этом должны быть достаточно лёгкими (иначе конструкция вообще никуда не полетит). Если Вы их добавите, то и окажется, что очень компактная, но тяжёлая, ПН находится в носу, а в низу находятся гигантские, но относительно лёгкие баки, к которым будут приложена основная часть аэродинамических сил. Такое размещение массы неизбежно ведёт к возникновению сильных изгибающих напряжений в конструкции. Как их будет держать длинная пустая бочка из тонкостенной стали (да ещё с сильно уменьшившейся из-за нагрева прочностью) - не очень понятно.

[Кремальера]

У SR-71 максимальная температура на корпусе что-то около 400 градусов, что для титана более чем приемлемо. Но у него и скорость чуть меньше 1 км/с

Ну как посмотреть и конечно на "что" смотреть.Центральное ядро FН выполненное из Li-Al сплава(с титановыми решетчатыми рулями) в миссии Arabsat-6A выдержало вход и посадку с 2,96 км/сек.,а такое же ядро во время миссии STP-2 и вовсе 3,05 км/сек(правда потом шмякнулось об дек уже после посадки).

[alex_semenov]

На Вашем рисунке кое-чего не хватает.  А именно баков с топливной парой, которые  должны занимать ~90% объёма, но при этом должны быть достаточно лёгкими (иначе конструкция вообще никуда не полетит). Если Вы их добавите, то и окажется, что очень компактная, но тяжёлая, ПН находится в носу, а в низу находятся гигантские, но относительно лёгкие баки, к которым будут приложена основная часть аэродинамических сил. Такое размещение массы неизбежно ведёт к возникновению сильных изгибающих напряжений в конструкции. Как их будет держать длинная пустая бочка из тонкостенной стали (да ещё с сильно уменьшившейся из-за нагрева прочностью) - не очень понятно.

давайте сюда
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,167032.msg5072615.html#msg5072615

[crazy_terraformer]

И, как я понимаю, "принцип утюга" , как тут умно говорят "транспирационное охлажнение", работает как та же абляция.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Транспирационное_охлаждение

В СССР теплозащита путём выдавливания охладителя через пористую поверхность разрабатывалась О. В. Гурко и И. М. Яцунским в начале 1950-х гг. для головных частей баллистических ракет. Исследования показали, что механизм её работы основан не столько на уносе охладителем тепла, сколько на перестройке пограничного слоя, значительно уменьшающего теплопередачу к защищаемой поверхности, и ОКБ Королёва было принято решение перейти к более простой конструктивно абляционной теплозащите.

Похоже водой охлаждать можно сильнее...

миниатюризация тел (всё равно на человеческой основе меньше метра не выйдет)

Об чём я часто тут толкую: пигмеи и негритосы, и ещё кое-какие низкорослые народы — перспективные источники кандидатов для вербовки в колонисты. Жаль только — хоббитов и гномиков на Земле нет...

[noxx77]

миниатюризация тел (всё равно на человеческой основе меньше метра не выйдет)

Об чём я часто тут толкую: пигмеи и негритосы, и ещё кое-какие низкорослые народы — перспективные источники кандидатов для вербовки в колонисты. Жаль только — хоббитов и гномиков на Земле нет...

Не, радикально уменьшить мозг хомосапа не получится, а от него и всё остальное тело сильно "снизу" лимитировано. Тут надо либо динозавров реверсить и пересобирать под нужное, начиная с каледонских ворон, либо вообще членистоногих. Там есть варианты уйти в район считанных килограммов, а то и сотен грамм на разумную тушку. Но это сильно не близко и дело десятков-сотен лет. Впрочем, колонизация Титана, думаю, тоже не скоро начнётся.

[николай теллалов]

уйти в район считанных килограммов, а то и сотен грамм на разумную тушку

хм, рекомендуя поработать над самими колонистами, я не имел ввиду так далеко заходить...