Наш ответ Бобу: звездолёт-атолл нового поколения: Kurilov's sungrazing snowballs

[Андрей Курилов]

Почкуюсь примерно отсюда:
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
Итак, всё смешалоськонилюди включено: эффект Оберта, термоглиссер, любовь Курилова к кометам и также идея Боба о предельно медленном межзвёздном перелёте с приставкой "крио".

Для начала надобно прикинуть, какой максимальный перигелий комет ещё подходит для такого способа запуска снежного корабля-мира, зная, что околопараболическую орбиту кометы (e~0.999xxx) нужно будет разомкнуть, причём желательно так, чтобы скорость на бесконечности стала хотя бы 30 км/с, а лучше - 50 км/с.


На диаграмме выше результаты рассчёта потребного изменения скорости (dv, по вертикали) в точке данного перигелия (разные цвета - разная дистанция перигелия, в легенде указаны значения в АЕ) в зависимости от получаемой скорости на бесконечности (vinf, по горизонтали). Как видно, чтобы уложиться в ускорение кометы всего на 3 км/с в перигелии и получить скорость на бесконечности не менее 30 км/с (1 световой год за 10 тыс. земных), придётся производить манёвр на расстоянии менее 0.1 АЕ от Солнца.

Теперь можной пойти сюда:
http://ssd.jpl.nasa.gov/sbdb_query.cgi
и посмотреть, какие кометы удовлетворяют критерию q < 0.1 АЕ.

Здесь мы видим 5 кометных семейств, имеющийх перигелий менее 0.1 АЕ. В первую очередь это семейство Кройца, потом семейство большой кометы 1680 года, которое включает в себя ещё 2 кометы (C/1689 X1 и C/2012 S1). Далее идёт семейство кометы C/1962 C1 (в диапазоне 0.03<q<0.04, 65<i<80) и 2 небольших семейства в диапазоне 0.04<q<0.05, которые имеют малое наклонение (до 30^o) и афелий в районе орбиты Юпитера.

Итак, у нас есть примерно 5 направлений афелиев, куда мы могли бы заслать слегка разогнаные эффектом Оберта кометы с колониями.

Продолжение следует.

[boch]

"Неизвестные" сверху вниз:
The Meyer group
The Marsden group
The Kracht group

Если ничего не путаю, то семейство кометы C/1962 C1 у Вас не указано стрелкой (или сливается в этих координатах с Meyer group).

Группы семейства Юпитера скорее всего не ледяные, а каменистые.

[Андрей Курилов]

Группы семейства Юпитера скорее всего не ледяные, а каменистые.

Ок, давайте пока не будем их рассматривать - перигелий высоковат, афелий - низковат. Хотя высаживаться на эклиптические кометы явно проще, чем на почти ретроградные кометы Кройца.

[boch]

Кометы семейств Юпитера возвращались многократно (это указывает на их каменистое строение). Потому их орбиты известны с высокой точностью. Запустить к ним капсулу весьма удобно в силу известных орбит.
Напротив, кометы семейств из "бесконечности" в лучшем случае открываются за один месяц до перигелия (пара случаев в истории, в том числе комета от австралийца), потому организовать посадку на них весьма проблематично (хватай мешки, вокзал тронулся)...

[bob]

максимальный перигелий комет ещё подходит для такого способа запуска снежного корабля-мира,

Да это-ж "Хроники Риддика"... Помните как появляется комета с восставшими мертвецами-некромантами, поклонниками Адерверса? Сначала в небе появляется комета, а потом следуют - бомбардировка и десант живых мертвецов. 

[Андрей Курилов]

Некоторые орбитальные элементы выбранных осколочных семейств - перигелий (АЕ), наклонение, долгота восходящего узла и аргумент перицентра.

	q	i	Ω	ω
Kreutz I	0.005527	144	4	83
Kreutz II	0.00775	142	347	70
Meyer (C/1662 C1)	0.031397	65	305	12
Newton (C/1680 V1)	0.006222	61	277	351

Далее я буду считать небесные координаты афелиев, чтобы посмотреть примерно, "куда можно улететь верхом".

[Андрей Курилов]

Да это-ж "Хроники Риддика"... Помните как появляется комета с восставшими мертвецами-некромантами, поклонниками Адерверса? Сначала в небе появляется комета, а потом следуют - бомбардировка и десант живых мертвецов. 

Честно говоря - не осилил, уснул на середине фильма.

[Андрей Курилов]

Напротив, кометы семейств из "бесконечности" в лучшем случае открываются за один месяц до перигелия (пара случаев в истории, в том числе комета от австралийца), потому организовать посадку на них весьма проблематично (хватай мешки, вокзал тронулся)...

Если мы знаем заранее примерные элементы орбит, общие внутри семейства, то мы знаем где на небе искать подходящую комету. К тому же насчёт месяца вы преувеличиваете. Комета, что недавно миновала Марс, была открыта более чем за год до этого.

[boch]

Kreutz I 0.005527 144 4 83  Наблюдались несколько дней, максимум несколько месяцев
Kreutz II 0.00775 142 347 70 Наблюдались несколько дней, максимум несколько месяцев
Meyer (C/1962 C1) 0.031397 65 305 12 Открыта за 2 месяца до перигелия
Newton (C/1680 V1) 0.006222 61 277 351 Наблюдалась около 4-х месяцев
Речи о годе или около того, вовсе не идет. Именно в части интересующих комет.

[Андрей Курилов]

C/2012 S1 (ISON) и C/2013 A1 (Siding Spring) были открыты почти за 2 года до перигелиев. Со времён Ньютона астрономы немного продвинулись в более раннем обнаружении околопараболических комет

Ну а если знать заранее, что ищешь, остаётся только ждать, когда на периферии СС появится очередная комета данного семейства. Пускай годами, это не принципиально.

[boch]

Редкие исключения.

В принципе дождаться можно, только нужно иметь несколько капсул в разных точках орбиты достигающей Юпитера, чтобы одна из них гравитационным маневром могла хотя бы приблизиться по вектору скорости к комете. И как вообще ускоряться, вариантов почти нет при современном уровне ракетной техники. На ЧГ вон десятилетие выводились...

[Константин ВАРБ]

Да это-ж "Хроники Риддика"...

Это классика Вольтер "Микромегас".

[Проходящий Кот]

Естественно, в рамках подготовки данного полета разместить наблюдательные спутники в разных частях Солнечной Системы, в том числе дальних. Так что засечь подобную комету можно будет за годы от перигелия.....

[Андрей Курилов]

Итак, небесные экваториальные координаты афелиев выбранных кометных семейств.
Столбцы - альфа: прямое восхождение, дельта: склонение, далее - созвездие афелия и ближайшая заметная звезда с близкими координатами.

	α (чч:мм:сс)	δ (o:':'')	созвездие	звезда
Kreutz I	06:42:01	-12o35'10''	Большой Пёс	α CMa, HD 47667, HD 47182
Kreutz II	06:44:09	-12o18'44''	Большой Пёс	α CMa, θ CMa, HD 47667
Meyer (C/1962 C1)	08:36:41	+09o05'01''	Рак, Гидра	β Cnc, ε Hya, δ Hya
Newton (C/1680 V1)	06:08:50	+31o47'44''	Возничий	κ Aur, HD 42176A, HD 41429

[Андрей Курилов]

Естественно, в рамках подготовки данного полета разместить наблюдательные спутники в разных частях Солнечной Системы, в том числе дальних. Так что засечь подобную комету можно будет за годы от перигелия.....

Для этого не требуется ничего. Комета Галлея видна практически на протяжении всей своей орбиты, потому что заранее известно, куда смотреть. Если мы выбрали звезду-цель, то примерно в том же направлении и следует искать приближающуюся комету-солнцескрёб. Её вполне можно будет обнаружить за годы-десятилетия наблюдений ещё на расстоянии Нептуна. А это - порядка 12 лет до перигелия.

[boch]

Вся проблема в том, что перехват нужно делать максимум в пределах внутри орбиты Юпитера. На сегодня это 10 лет выведения в целевую точку. Если капсула будет нанокапсулой, где только генетический материал хранится, то можно и быстрее, но как генетический материал активировать в точке назначения? То есть на нанокапсулу не тянет - нечто громоздкое в итоге вырисовывается. Нет, ну споры низших существ можно забросить к звездам, но это миллионы лет эволюции.
Пусть на околокруговую орбиту мы можем доставить большую станцию за 10 лет, но кометы с окраин внутри орбиты Юпитера имеют скорость заметно большую, чем эллиптические или околокруговые, то есть сроки разгона аппарата еще более удлиняются, так как ускоряться у планет придется уже не в афелиях, а ближе к середине между афелием и перигелием.

Современная техника все это позволяет делать с точки зрения механики только для предполагаемой панспермии, но никак не для колонизации.
Боюсь, что если на комету ЧГ мы еще смогли сесть, то для высадки на околопараболическую орбиту вообще нет никаких способов высадиться при современном состоянии техники.

[alex_semenov]

Меня в контексте данной темы беспокоит энергия.
Да, допустим, на разгон корабля-мира мы своей энергии не тратим (почти). Мы используем, допустим гравманевр.
Но за 45 000 лет полета каждого жителя колонии придется снабжать некоторым МИНИМУМОМ энергии для простого его воспроизводства.  А если у нас там целая биосфера, мир, то по пищевой цепочке… сами представьте сколько надо энергии!



Пищевая пирамида. Чем ближе к ее основанию, тем больше пищи. (Цифры слева - весовое соотношение в килограммах.)

А не окажется ли так, что в итоге потребуется запастись на корабле-мире для, скажем 10 000 человек (да хоть и для 100!) таким количеством энергии, что на порядок меньшего запаса хватило бы чтобы заслать эти 10 000 к этой же цели на более легком корабле-колонии но с большей скоростью и в итоге полет длился бы всего 1000 лет.
Улавливаете мысль?
Я как-то что то подобное уже прикидывал и получал явное седло-минимум энергии на душу населения… Разумеется все это можно считать по-разному и все это оспаривать. Но как по мне именно эта сторона вопроса является ключевой в оценке целесообразности именно такой технологии полета между звездами.

[Андрей Курилов]

Боюсь, что если на комету ЧГ мы еще смогли сесть, то для высадки на околопараболическую орбиту вообще нет никаких способов высадиться при современном состоянии техники.

Вполне реально настигнуть комету на отлётной траектории и "сидя на ней" уже, дожидаться следующего перигелия. Ждать перигелия после афелия придётся по формуле:

Т.е. для афелия Q = 100 АЕ это будет ~ 177 лет, что по сравнению с десятками тысяч лет межзвёздного перелёта далеко за пределами ошибок округления.

boch, что-то я всё-таки не вижу проблемы.

[Андрей Курилов]

А не окажется ли так, что в итоге потребуется запастись на корабле-мире для, скажем 10 000 человек (да хоть и для 100!) таким количеством энергии, что на порядок меньшего запаса хватило бы чтобы заслать эти 10 000 к этой же цели на более легком корабле-колонии но с большей скоростью и в итоге полет длился бы всего 1000 лет.

Хороший вопрос. Ну давайте прикидывать. Я бы стал сравнивать энергию, потребную на разгон многогигатонного комка для 1-3 км/с (манёвр разгона в перигелии) и энергию, которую колония потребит за время перелёта.

Минимальная функционирующая долговременная колония возможна при ~1000 человеках, функционирующих в каждый момент времени перелёта. Понятно, что есть хороший запас генетического материала, иначе - труба. Потребность жизнеобеспечения каждого человека в космосе (включая выращивание пищи, изготовление инструментов, деталей и строительных материалов, освещение) можно оценить в 100 кВт (большой вопрос на самом деле). Итого получаем 100 тепловых МВт (2 кт/сут) в рассчёте на, скажем, 2 трлн. сек (63375 лет). Получается 2*10²⁰ Дж или 48000 мегатонн в тротиловом эквиваленте. Почему в т/э? - Потому что КВС.

Теперь разгон. В качестве "сухого остатка" после разгона считаем комету поперечником 2 км при плотности 0.5. Получается около 2 млрд. тонн. Если в качестве рабочего тела при разгоне будет вода кометы, то можно прикинуть скорость истечения. У меня получилось 3 км/с при нагреве до 3000^oК.
Тогда по формуле Циолковского

массовое число водяной кометоракеты становится равно числу е = 2.72. Т.е. количество отброшенного рабочего тела будет 5.44 3.44 гигатонн. Я оценил удельную теплоту нагрева воды с 70^oК до 3000^oК (с учётом разных теплоёмкостей в разных фазах, теплоты плавления и теплоты испарения) в 8.84 ГДж/т. Тогда затраты энергии на разгон составляют 4.8 3*10¹⁹ Дж.

Мда, чуть меньше получается. Надо, значит, больше энергии тратить на разгон и лететь немного быстрее...

[boch]

boch, что-то я всё-таки не вижу проблемы.

Проблема в скорости пересечения кометой сферы с радиусом 1 А.Е.
Перехватить комету прямо с Земли не представляется возможным, если только "выстрелом" в ядро заякорить капсулу. При этом вопросы сохранения капсулы от испарения.
Стало быть нужен предварительный разгон с выходом на целевую орбиту кометы. На сегодня это только ионники и гравитационные маневры - а это уйма времени. Несколько гравитационных маневров в плоскости эклиптики, и заключительные у Юпитера для выхода из плоскости эклиптики - а это годы и годы. Как правило, Юпитер и комета в период последнего маневра "будут по разные стороны от Солнца", то есть высадка не возможна из-за несовпадения плоскостей орбит. Без Юпитера не обойтись, как и при выведении Улисса.
"Допустимые кометы"  определяются исключительно геометрией траекторий задаваемых Юпитером. Более дальние планеты отпадают, так как гравманевры рядом с ними превысят "время со дня открытия кометы".

Предложите способ набрать скорость на сфере с радиусом 1 А.Е. сравнимую со скоростью кометы на сфере с радиусом 1 А.Е. - и я соглашусь с Вами.