Колонизация Титана

[Андрей Астрофизический]

Ну и в конце-концов. Прикинте самолет на 100 челвоек и это... дитя разума Маска... на 100 человек. Или даже уже 50?
Габариты. Масса...
Нет. Не докажете что самолет сложней.

Вообще-то. Если именно вот так прикинуть, то и получается, что современный самолет - сложней. И дороже. В разы.

Гм. Точно? Не знал. Да и не уверен...

Не уверены?
А давайте, я вам расскажу.
У нас тут, на астрофоруме, любят повторять мысль, что мол, программа Аполлон с ракетой Сатурн-5. Или программа шаттл. Были напряжением всех промышленных и научных усилий, целой сверхдержавы - США.
И поэтому они, дескать, образец самых сложных и передовых достижений человечества.
Передовых - допустим, да. Дальше пилотируемая космонавтика не летала, факт.
Сложных? Хрен там.

Программа 787-го боинга, сложнее, чем программа шаттла. И боинг-787, как изделие - сложнее, чем шаттл. Почему?
Потому что это результат напряжения промышленных и научно-инженерных ресурсов ВСЕГО МИРА. Ознакомьтесь, как делается боинг 787 https://www.youtube.com/watch?v=N0RMmAEeoTw
Если шаттл или сатурн-5, состояли из тысяч подрядчиков по всему США, изготавливающих тысячи высокотехнологичных деталей, со всем НИОКР, логистикой, сборкой, согласованием одних подрядчиков с другими...
То боинг-787 состоит из миллионов подрядчиков со всего мира. Помноженных на то же самое.
Для программы Энергия - Буран, разработали и построили узкоспециализированный транспорт - Ан-225 Мрия. Специально, под задачи этой программы... Единиц построено - 1шт. Но, в итоге изделие занялось грузоперевозками другими.
Для программы Боинг-787, разработали и построили узкоспециализированный транспорт - Boeing 747 LCF Dreamlifter. Специально, под задачи этой программы... единиц построено - 4. И, они заняты узкоспециальными грузоперевозками именно того, для чего разрабатывались. Т.е. запчастей для дримлайнера боинг 787, собираемых по всему миру.
Без глобализации, такой проект как Boeing 787 был бы невозможен. Это дитя эпохи, и, без шуток, проект цивилизационного масштаба. Изделие, которое вся земная промышленность делает "всем миром".
Вы не знали?

Это более сложный, более масштабный проект, чем шаттл, чем Сатурн-5. Не по преодолеваемым сложностям со стороны физики, нет. По сложности деталей, логистики, коммуникации, организации... Сложнее.
С точки зрения физики - "кукурузник" Ан-2. И вот этот мега-супер-проект, боинг 787, решают абсолютно одни и те же задачи. Но решать их можно по разному. И в результате имеем самолет, у которого стекла с электронно-изменяемой прозрачностью, вместо обычных шторок, у которого сенсорные экраны в спинке каждого кресла, и зарядки для айфонов...
Дитя эпохи.
При этом, заметьте. Хотя изготовить это изделие, сложнее, чем любой космический корабль от начала космонавтики и до наших дней. Аполлоны были проще, Союзы проще, щаттлы проще. И дракон - он тоже, проще. Да-да...
Но при этом, этих изделий, изготовлено уже тысяча, а твердых заказов - еще в разы больше. Что как бы, на порядки превышает количество изготовленных единиц любых изделий пилотируемой космонавтики. Но, это ведь только один тип самолета. А не вся авиация...

Понимаете, в чем соль. Аполлон, Сатурн-5, Шаттл - это НЕ самые сложные проекты из тех, которые успешно реализовывались земной техносферой... 
Далеко не самые.
И если просто в любом крупном аэропорту, сделать произвольную фотку с парой десятков современных самолетов, то у вас в кадр этой фотки попадет годовой бюджет НАСА, или больше. Запросто.
Земная техносфера давно это тащит вообще не напрягаясь.
Поставьте перед ней задачу - построить город на Марсе? Да даже на Титане? Сделает. Разжует и не подавится. Даже вот-прям-сейчас. Вполне.
Просто никто такой задачи не ставил. Обеспечив ее решение достаточными ресурсами. А ресурсы таковые на Земле - имеются, по крайней мере сейчас и в ближайшее время.

И, в чем следствие из этого. Можно уповать на разные политические конструкции глобального миро-устройства. На разные социально-экономические формации. При разных вводных, конечно, и мировая промышленная машинерия будет крутиться совершенно по разному. Но, среди этого всего, важно что?
Пока на планете есть места, куда "только самолетом, можно долететь". И есть человеки, желающие и способные, приобрести билет - Авиация в том или ином виде, будет жить. САМА. Ей плевать на политическую конструкцию мира, и на его социально-экономическую конструкцию тоже, она сама себя обеспечивает. И ежели спрос на авиацию, позволяет рождаться мега-проектам вроде 787-го боинга - они и рождаются. Запросто. Если спрос такого позволять не будет - значит, будут самолеты по-проще, но авиации в целом, от этого ни жарко ни холодно, она и это переживет легко.
Обратите внимание, что эта формула действительна не только "при капитализме". А вообще всегда.

Пока на планете есть места, куда "только самолетом, можно долететь". И есть человеки, желающие и способные, приобрести билет - Авиация в том или ином виде, будет жить. САМА.

А теперь, что делает Маск?
Он хочет добиться, чтобы точно так же САМА, не оглядываясь на политическую-социальную-экономическую конструкцию мира, могла жить космонавтика.
Сейчас она всецело зависима, от этих конструкций. И при не-надлежащей конструкции мира, запросто может загнуться совсем.
Если космонавтика будет способна жить САМА, не глядя на эти детали миро-устройства, и обеспечивая себя просто тем, что, в сол-системе есть места, куда "только на ракете, можно долететь"
То и в ней исполнение мега-проектов сможет быть реализуемо само собою, как мы сейчас наблюдаем в авиации.
А что такое мега-проект в космонавтике?
Да хотя бы тот же взрыволет. Или парусник. Или еще что-нибудь, межзвездное.
То что делает Маск, это не только "адаптация и оптимизация, космонавтики под современную экономику, под капитализм". Нет. Хотя в первом приближении, оно так и выглядит, не спорю. Но, цель то в том, чтоб космонавтика смогла выжить при любой конструкции мира. Ну, почти любой. И по возможности не зависеть от этих конструкций. То что они меняться будут и достаточно скоро - любому дураку понятно...

[AlexAV]

Сразу. Учитывая что давление на этой высоте уже упало (хотя если газ да нагретый...) то аэростатное решение отпадает?

Нет, почему. Плотность атмосферы на высоте 60 км там получается 0.186 кг/м3. Это в принципе вполне позволяет использовать аэростаты. Просто у меня сильные подозрения, что в слабой гравитации Титана воздушный змей будет иметь преимущество над аэростатом. Но технически аэростат на такой высоте вполне реален.

100 кг/м2 - подъемная сила... Кстати. Парение "змея" ведь тоже будет отбирать часть набегающей энергии.

Тут могут быть довольно красивые инженерные решения. Скажем вроде этого (https://gyronautica.ru/rnd/):



Т.е. взять для создания подъёмной силы ротор автожира в режиме авторотации в потоке одновременно используя его как генерирующий винт. Т.е. в этом функция крыла и генерирующего винта совмещаются.

Но вообще говоря все было прекрасно, если бы не трос.

Да, в такой системе привязной трос - самое сложное и высокотехнологичное изделие. По сути одна из главных инженерных проблем таких систем.

[AlexAV]

Насколько я понимаю самая сложность - учесть изменение температуры по высоте?

Тут слишком большие перепады температур. Если использовать аппроксимированные формулы будет слишком большая погрешность.  Для получения хорошего результата нужно брать экспериментальный профиль температур.

[Андрей Астрофизический]

Для получения хорошего результата нужно брать экспериментальный профиль температур.

А разве для Титана его нет?
вроде был, по данным Гюйгенса составленный.

Вот и я о том же.
Все у нас уже есть. Ну, почти.

[AlexAV]

А разве для Титана его нет?

Есть. Я даже ссылку на статью, где он есть привел. Собственно график оттуда я отцифровал, интерполировал сплайном и использовал для расчётов.

[AlexAV]

Самая совершенная и видимо, технологически сложная на сегодня ракета - F9 SpaceX. Пуск около 60 млн $, себестоимость вероятно ниже и намного.

Сравнение не вполне корректно. F9 SpaceX + Crew Dragon везет 7 человек. Ну вот и сравнивать его надо не с Boeing 787, а с Cessna 208.  Стоит Cessna 208 приблизительно 2 млн. $, т.е. в 30 раз дешевле только одного F9 SpaceX даже без Crew Dragon. Опять же нужно смотреть не только цену, но и ресурс. Первая ступень F9 SpaceX имеет ресурс около 10 посадок, а  планер  Cessna 208 - 20 тыс. посадок. Если вы соотнесёте цену к ресурсу, то авиация получается в тысячи раз дешевле космической ракеты. Я подозреваю, что космическая ракета с ресурсом, как у Cessna 208 вообще будет физически невозможно, просто по той причине, что если заложить в неё запас прочности, позволяющей выдержать несколько десятков тысяч циклов - она получится такой тяжелой, что ни на какую орбиту не попадёт.

Авиация - это на много проще, чем космос. Радикально, на порядки. Главная причина, что в атмосфере Земли может летать аппарат достаточной массы, чтобы в него можно было заложить запас прочности, обеспечивающий большой ресурс. А для того чтобы выйти в космос - всё приходится делать просто на пределе прочности материалов, почти с нулевым запасом. Соответственно обеспечить тут большой ресурс физически невозможно, иначе она получится такой тяжелой, что до орбиты не доберется принципиально. А значит тут техника всегда будет очень малоресурсной. Даже если что-то сделать многоразовым, то оно выдержит десять, может сто - двести циклов, но не более. Ресурс легко получаемый в авиационной технике (т.е. десятки тысяч циклов), для космической вообще недостижим. 

[Vavanzer]

Нет, почему. Плотность атмосферы на высоте 60 км там получается 0.186 кг/м3. Это в принципе вполне позволяет использовать аэростаты. Просто у меня сильные подозрения, что в слабой гравитации Титана воздушный змей будет иметь преимущество над аэростатом. Но технически аэростат на такой высоте вполне реален.

  Есть подвох. Змей это по сути самолет, с подьемной силой от движения ветра отн него. В случае снижения скорости ветра, каких либо порывов, неоднородностей, прохождения нисходящих потоков он может опуститься ниже, где скорость не даст нужной подьемной силы.
Хотя это можно обыграть избыточной подьемной силой.

Второй момент, сопротивление роторов ветростанции будет клонить конструкцию к "земле", тк нет упора вертикального.
А так, эту систему не обязательно именно на 60 км поднимать. Можно чуть меньше.

Система с аэростатами в этом плане надежнее, не требует доп-энергии, ей можно разгружать трос через каждый километр к примеру. Аростаты на высоте можно подогревать, для устранения оледенения, и увеличения подьемной силы. Лишь бы только молнии не втащили по всей этой изобредеи))) Придется защиту делать, в тч от статики... Кстать, на счет статики..

[Vavanzer]

На счет статики и энергии молний, может и вовсе оказаться так, что проще поднять целую сетку на определенную высоту, и собирать энергию магнитного поля и статическлго заряда. Во только не известна мощность, которую можно собирать.

[Андрей Астрофизический]

Авиация - это на много проще, чем космос. Радикально, на порядки

А кто же с этим спорит?
Да, это так. "сферическая в вакууме авиация" и "сферический в вакууме космос" - Да. Все верно.
Но.
Современная авиация - существенно сложнее и дороже, чем можно было бы, при тех же поставленных и решаемых задачах.
И да, предельные изделия современной авиации - сложнее, чем предельные изделия современной космонавтики.
Современный космос - намного более дорогой и неэффективный, чем можно было бы, опять же.

Даже если что-то сделать многоразовым, то оно выдержит десять, может сто - двести циклов, но не более. Ресурс легко получаемый в авиационной технике (т.е. десятки тысяч циклов), для космической вообще недостижим. 

Но даже и так. Эффективность одноразовой ракеты, или эффективность ракеты, выдерживающей сто циклов - извините, различаются на два порядка.
Это ничего?)))

[Vavanzer]

Но даже и так. Эффективность одноразовой ракеты, или эффективность ракеты, выдерживающей сто циклов - извините, различаются на два порядка.
Это ничего?)))

И удешевление как минимум на порядок.
Если бы сделали все системы с большим запасом прочности и надежности, пусть и немножко в ущерб весу, то можно было бы обойтись без дорогостоящих диагностик обойтись.
Пусть стоит РН раз в 5-10 дороже, но зато окупаться многоразовостью будет и более простой диагностикой и ремонтом. Тогда и Титан и Тритон и все что угодно можно думать обживать, ради исследования)

[AlexAV]

Но, все же рано или поздно цивилизация захочет возвести под куполами сады-леса

С освещенностью как на Титане ничего там толком расти не будет. При освещение менее 15 Вт/м2 могут расти только отдельные лесные виды растений, особо теневыносливые, вроде папоротников. А там даже на границе атмосферы только 15 Вт/м2, а освещенность на поверхности под слоем фотохимического смога и облаками вообще будет никакая.

Ну а подсвечивать искусственно - довольно расточительно в плане энергии. Кроме того для производства высокоэффективных светодиодов нужен галлий, индий и мышьяк, а где это всё брать на Титане - большой вопрос. С этим комплектом (особенно с индием) в любом случае всё будет очень плохо. Выращивать зеленые растения там будет сложно и очень затратно.

Гидропоника или аэропоника - хорошо.

Гидропоника с исскуственным освещением энергетически крайне неэффективна. По мелочи так что-то выращивать можно, но для массового производство продуктов питания там где нет или мало солнечного света - это плохой путь.

Я думал как можно преобразовать электричество в пищевые калории так, что-бы совсем уж не скатиться к пластиковой каше. Подозреваю, что лучший путь тут использование высших грибов.

Цепочка в этом случае может выглядеть приблизительно следующим образом.

1) Осуществляем электролиз воды, получаем водород и кислород.
2) В природе есть микроорганизмы, которые могут расти в анаэробных условиях на смеси водорода и углекислого газа, используя путь Вуда — Льюнгдаля (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%86%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D0%B7). При этом они для получения энергии восстанавливают углекислый газ  до уксусной кислоты:

2CO2 + 4H2 = CH3COOH + 2H2O

3) В отличие от водорода ацетат как источник энергии могут использовать почти все эукариоты.  В аэробных условиях многие грибы могут расти на ацетате используя его как единственный источник энергии и углерода. Соответственно, используем полученную на предыдущем этапе уксусную кислоту (точнее её соль, скажем ацетат аммония) в качестве питательной среды для каких-нибудь сапрофитных шляпочных грибов. Ну а плодовые тела грибов используем а пищу.

КПД всей этой цепочки можно дать следующую оценку.

1) Производство водорода из воды в низкотемпературных электролизерах без технических ухищрений требует около 5 кВтч/м3. КПД 70%.
2) При преобразование водорода в уксусную кислоту в энергию уксусной кислоты (ту которую можно получить при её полном окисление) перейдёт 92% энергии водорода.
3) На легко усваиваемых субстратах (а ацетат - очень легко усваиваемый субстрат) коэффициент конверсии грибов может достигать 30%.

Т.е полный КПД такого процесса будет до 20%. Это на порядок больше, чем можно получить в цепочке электричество - свет - зеленые растения.

[Vavanzer]

Гидропоника с исскуственным освещением энергетически крайне неэффективна. По мелочи так что-то выращивать можно, но для массового производство продуктов питания там где нет или мало солнечного света - это плохой путь.

  Умные люди уже отказались от употребления результатов гидропоники, как от чего то искусственноно, выдающего пустышки. Даже та же клубника с грядки северного солнца намного лучше, чем мертвечина химическа.

. Подозреваю, что лучший путь тут использование высших грибов.

Все бы хорошо, но им нужна органика, насыщеная много чем... Отходы ес только ими перерабатывать.

1) Производство водорода из воды в низкотемпературных электролизерах без технических ухищрений требует около 5 кВтч/м3. КПД 70%.

  Остальные 30% на отопление помещений. На холодных планетах практически из всего по итогу имеет 100% кпд, при правильной организации...

[AlexAV]

Все бы хорошо, но им нужна органика, насыщеная много чем... Отходы ес только ими перерабатывать.

Грибы в принципе могут расти на смеси ацетат+ неорганические вещества, используя окисление уксусной кислоты кислородом как единственный источник энергии, а саму уксусную кислоту как единственный источник углерода для синтеза органического вещества.

[Vavanzer]

Вообще, при высокооптимизированой системе, при плавающих характеристиках энергоисточников и энергопотоебления (конкретно, случай когда в некоторые периоды расходуется меньше чем потребляется), проблема с утилизацией лишней энергии как раз может быть решена за счет аккумуляции и распределения ее на сельхоз-сектор.

Или еще проще, вся энергосистема просто делается с запасом, и тогда проблем типа низкого КПяд высших растентй вообще незаметна будет.

[Vavanzer]

Грибы в принципе могут расти на смеси ацетат+ неорганические вещества, используя окисление уксусной кислоты кислородом как единственный источник энергии, а саму уксусную кислоту как единственный источник углерода.

Это то да. Но кому нужна пустая сельхозпродукция, обедненная витаминами и минералами? Каллории, белки и жиры то получить не вопрос, а вот добиться полноценного рациона (с комлексом микроэлементов) даже на Земле нынче стало проблемой... Добавки всяки нужны.

[Vavanzer]

Грибы

Они кстати любят рентген. Много статей встречал по этой теме в разное время. Их надо поближе к реакторам выращивать)))

[crazy_terraformer]

Т.е. формально такая башня возможна, но будут ли доступны материалы для её строительства (а все высокопрочные криогенные сплавы имеют очень интересный состав...) - не ясно, причём прогноз тут скорее отрицательный.

Башня-парабалоид из стержней с металлизированным покрытием на основе макраме из углеродных(боронитридных) нанотрубок?

[Rattus]

Все бы хорошо, но им нужна органика, насыщеная много чем...

Совсем немного. У меня исправно прорастал в холодильнике плесенью нестерильный полумолярный раствор трилона Б. Равно как и просто раствор аптечной глюкозы. А уж на ацетате аммония и подавно расти будет презамечательно - только ещё немного неорганические соли нужны - например фосфат натрия-калия со следами переходных металлов (железо-цинк-медь-кобальт).

Но кому нужна пустая сельхозпродукция, обедненная витаминами и минералами?

Минералов там будет ровно столько же, сколько усваивают сами с/х культуры для своего роста. А витамины будут такие, на синтез которых есть ферментная система у культуры. Для генной инженерии их встраивание - вполне посильная актуальная задача.

[alla735]

Предлагаю построить флот спутников с солнечными электростанциями. Запускать на вытянутые эллиптические, чтобы перигелий во внутренней солнечной, а афелий - около Сатурна, пока летает, эта электростанция диссоциирует воду на водород и кислород. Но помним безопасность и еще раз безопасность в том числе и пожарная безопасность http://www.perezarydka.mns.by/perezaryadka-ognetushitelei.html . Или  ещё лучше СО2 на кислород и угарный. При подлёте, топливо и окислитель отдают энергию лазеру, стреляющему в приёмник. Или просто светят как большой фонарь... Поскольку таких спутников - миллионы, освещения получается непрерывным.

[Mercury127]

Если спутников миллионы, нет необходимости запускать их на вытянутые орбиты, и тем более хранить на них энергию - достаточно просто направить на цель часть лазеров с околосолнечных орбит.