Верхом на попутной комете до альфа Центавра

[Андрей Курилов]

Не вполне понятное мне допущение. Если мы предполагаем пересадку на комету со скоростью вблизи полюса ее гиперболической орбиты (впрочем, очень близкой к параболе) на скорости порядка 50 км/с, то далеко за пределами СС скорость должна быть сильно меньше этих 40 км/с.

Вы ошибаетесь и ваша ошибка в том, что межзвёздная комета, имеющая на бесконечности скорость 40-50 км/с, будет иметь траекторию, очень мало отличную от прямой. Т.е. гиперболическую и очень далёкую от параболы.

[Андрей Курилов]

Чую, изложение не совсем понятно. Добавлю немного иллюстраций. Собственно, базис идеи выглядит так:

Есть некоторый одинаковый радиус вокруг Солнца и альфа Центавра (обозначен зелёными кругами), в который вероятно попадание такой межзвёздной кометы, что она проходит поблизости от каждой из звёзд (траектория такой кометы обозначена синим пунктиром, всех остальных - чёрным). На такой межзвёздной комете можно высадиться, дождаться сближения с альфа Центавра и "сойти" к цели - такая траектория межзвёздного перелёта обозначена красным цветом. Большая часть времени перелёта будет проходить во временной колонии под поверхностью выбранной кометы. Здесь есть доступ к энергетическим и другим ресурсам, а также естественная защита от радиации.

[Андрей Курилов]

Как выглядит учёт собственного движения целевой звезды (на примере альфа Центавра):

В зависимости от скорости выбранной м/з-кометы координаты точки встречи с целью будут различаться.

[LonelyWanderer]

Собственно, почему именно альфа Центавра, а не любая другая из сближающихся звезд?

universeru.com/wp-content/uploads/2015/01/Star.png

График сближений.

Т.к. миссия дорогостоящая и серьезная, то подбор цели должен быть соответствующим.  А то, что на данный момент Центавра - самая близкая, - не значит добраться до нее быстрее всего. Речь ведь идет о динамически изменяющейся ситуации. Потом для старта  к звезде гораздо удобнее и быстрее, если звзда находится ближе к плоскости эклиптики. А еще, чтобы  собственная планетная система также максимально близка была к этой плоскости для того, чтобы можно было произвсти эффективно тормозящий гравитационный маневр.
Вопрос по выбору звезды требует более детального изучения.

[Андрей Курилов]

Вообще получается, что нас устраивает любая скорость м/з-кометы, что 10 км/с, что 100 км/с. Во-первых, даже на малой скорости можно достигнуть точки встречи, если направление движения достаточно совпадает. А во-вторых, развить скорость 100 и даже 200 км/с для достижения выбранной м/з-кометы довольно легко с помощью эффекта Оберта у Солнца (вместо Юпитера). Тут также становится возможным применение термоглиссера (наконец-то ему нашлось хоть какое-то применение).

[Проходящий Кот]

есть же тема. Флудизм остановить не можете?
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,3255.0.html
Считайте выбор Альфы Центавра авторским произволом.
Вам легче?

[Андрей Курилов]

Потом для старта  к звезде гораздо удобнее и быстрее, если звзда находится ближе к плоскости эклиптики. А еще, чтобы  собственная планетная система также максимально близка была к этой плоскости для того, чтобы можно было произвсти эффективно тормозящий гравитационный маневр.
Вопрос по выбору звезды требует более детального изучения.

Давайте пока что не будем с этим заморачиваться. Я пытаюсь сначала решить упрощённую задачу и потом уже постепенно её усложнять и детализировать.

[LonelyWanderer]

"По данным Бэйлер-Джонса, в промежутке между 240 000 и 470 000 годом, оранжевый карлик HIP 85605 пройдет на расстоянии от 0.13 до 0.652 световых лет от Солнца.

[LonelyWanderer]

Потом для старта  к звезде гораздо удобнее и быстрее, если звзда находится ближе к плоскости эклиптики. А еще, чтобы  собственная планетная система также максимально близка была к этой плоскости для того, чтобы можно было произвсти эффективно тормозящий гравитационный маневр.
Вопрос по выбору звезды требует более детального изучения.

Давайте пока что не будем с этим заморачиваться. Я пытаюсь сначала решить упрощённую задачу и потом уже постепенно её усложнять и детализировать.

На самом деле изучение этого вопроса может облегчить задачу, т.к. при совпадении плоскостей планетных систем можно будет дополнительно использовать гравитационные маневры по разгону и торможению.

[Андрей Курилов]

"По данным Бэйлер-Джонса, в промежутке между 240 000 и 470 000 годом, оранжевый карлик HIP 85605 пройдет на расстоянии от 0.13 до 0.652 световых лет от Солнца.

А люди будут тогда существовать как вид? Я говорю о старте "сейчас", т.е. в течение ближайшей тысячи лет.

На самом деле изучение этого вопроса может облегчить задачу, т.к. при совпадении плоскостей планетных систем можно будет дополнительно использовать гравитационные маневры по разгону и торможению.

По сравнению с термоглиссером это - крохи. Не знаю, поченму я не вспомнил об этом раньше.

[Андрей Курилов]

Возвращаясь к задаче поиска/ожидания подходящей м/з-кометы. Задачу придётся решать дифференциально, фиксируя переменные на каждом шаге средними для каждого шага значениями. В качестве шага нужно будет рассматривать диапазон скоростей м/з-кометы. В рамках этого диапазона можно будет оценить прогнозируемое отклонение по продольной скорости и, соответственно, продольный промах. Приравняв продольный промах к поперечному можно будет получить допустимый угол отклонения траектории м/з-кометы по направлению. Далее, зная этот угол, можно найти долю небесной сферы, которую будет покрывать конус траекторий с таким плоским углом. Зная долю от всех возможных вариантов траекторий, можно найти долю комет, удовлетворяющих этому условию при доп. условии, что траектории м/з-комет распределены равномерно по небесной сфере.

Это такое запоздалое описание решения задачи №2. Только в несколько более детализированном виде.

[Андрей Курилов]

Я таки решил нормально задачу №2.
Фиксируя дистанцию промаха для альфа Центавра (я выбрал значение 10¹⁵м или ~6685 АЕ) я смог рассчитать всё остальное для каждого из случаев. Т.е. решение учитывает весь "веер" возможных значений с учётом известного распределения скоростей межзвёздных комет и собственного движения цели (альфа Центавра).
На первом графике - полученная зависимость прогнозируемого кол-ва межзвёздных комет в радиусе 10¹⁵м от Солнца от средней (для выбранного диапазона) скорости межзвёздных комет. Но это промежуточный результат. Теперь можно просуммировать полученные кол-ва и пересчитать радиус от Солнца, внутри которого будет обнаружена первая межзвёздная комета, удовлетворяющая критериям задачи. Я получил 509 АЕ. При увеличении концентрации межзвёздных комет с нижнего предела 10¹⁰ пк^-3 до средневероятного значения 10¹¹ пк^-3 получается 236 АЕ.

При этом. Полученное среднее значение отклонения от цели по скорости составляет <150 м/с (соответстует промаху в 6685 АЕ) и по направлению <1.775^o. Эти значения мало отличаются между диапазонами. Распределение значений по диапазонам - на втором графике (синяя кривая - макс. угол отклонения по направлению, красная - макс. отклонение по скорости). В итоге, чтобы точно попасть в цель потребуется изменить скорость кометы не более чем на 219 м/с.

Результат пригоден для случая мгновенного обнаружения всех межзвёздных комет в объёме сферы радиусом 509 АЕ. Если радиус уменьшить и добавить время ожидания, то вместо концентрации комет необходимо будет использовать их флукс и следить за тем, чтобы время ожидания было пренебрежимо мало по сравнению с временем перелёта (иначе собственное движение альфа Центавра опять сделает рассчёты неверными). Это дальнейшее усложнение задачи и я не уверен, что я за это возьмусь. Меня текущее решение уже устраивает.

Вроде неплохо уже выходит даже при пессимистичных оценках, да?

[Проходящий Кот]

А какова масса яйца десанта и за сколько лет они доберутся до этой кометы. За 100, как в исходном варианте? Тогда им не хватит ли паруса Роберта Зубрина?

[Андрей Курилов]

Яйцо колонии должно иметь массу ПН порядка килотонн.  Время достижения выбранной кометы будет сильно зависеть от мин. дистанции от Солнца, т.е. является переменной. Я прикидываю 10-100 лет, так как скорость будет примерно 10 АЕ/год.

Если вы хотите лететь к альфе Ц прямо вот здесь и сейчас, то до ближайшей подходящей кометы придётся лететь далеко - сотни АЕ, вплоть до тысячи. Если вы готовы подождать тысячу-другую лет, то среди снующих туда-сюда м/з-комет подходящая для перелёта к цели сама окажется ближе. Насколько - отдельный вопрос.

А паруса пока что слишком фантастичны, предполагается куда более дешёвый способ закинуть тысячи тонн ПН на м/з-комету. Я считал - для достижения скорости в 50 км/с достаточно выполнить манёвр в 0.5 АЕ от Солнца при дельта-v 18.5 км/с.

[Андрей Курилов]

Ещё один важный момент. Заметьте, что по уровню технологической сложности задача высадки на комету не сильно сложнее межпланетных перелётов, т.е. лишь чуть выше уровнем запуска всяких Новых Горизонтов и Вояджеров. Задача высадки с кометы на альфа Центавра полностью зеркальна. Таким образом, вся неподъёмная сложность межзвёздного перелёта сводится к сложности межпланетных плюс сложность колонизации планетоида на длительный срок. Без чудо-двигателей, дыр в пространствах и всяких выверниструй. Не бесплатно, конечно, придётся лететь десятки тысяч лет и ещё за это время надо будет сместить планетоид в пространстве на многие тысячи АЕ. Но уже галочка есть - принципиально возможно на позавчерашних технологиях.

[Андрей Курилов]

Кстати, кто помнит первый график (сообщение №2)?
Вообще он должен выглядеть так:

Синяя линия - точка встречи с альфа Центавра располагается на траектории до макс. сближения с Солнцем, красная линия - соотв. после.
Из этого, правда, ничего не следует.
А следует из этого, что диапазон скоростей м/з-комет между 20 и 30 км/с я исключил очень зря. Хоть брать целиком его не получится (мин. возможная скорость достижения точки встречи с альфа Центавра составляет ~23 км/с при времени перелёта 52800 лет), зато для каждого из значений скорости м/з-кометы будет две разные точки встречи с альфа Центавра, что означает, что вероятность того, что комета с такой скоростью будет иметь "нужное" направление будет в 2 раза выше. Кроме того, доля м/з-комет имеющих скорость относительно Солнца от 23 до 30 км/с должна быть высока - около 18%.

Пересчитал. Учёт ещё одного возможного диапазона (23..30 км/с) скоростей межзвёздных комет несколько улучшает результат. Вероятный радиус "мгновенного" нахождения подходящей для перелёта к альфа Центавра попутной кометы теперь становится 433 АЕ вместо 509 АЕ.

[LonelyWanderer]

Ну хорошо, выбрали мы Альфа-Центавра, нашли комету, построили корабль  и каким то чудом прицепились к ней. А что дальше, кроме как укрытие от радиации, зачем она нам?
Чтобы долететь до кометы, чтобы начать эффективно ее эксплуатировать, уйдет минимум несколько десятков лет. Т.е. корабль, призмляемый на комету должен быть полностью самообеспечиваемый на небольшой срок. Как я понял, тело кометы нужно для того, чтобы увеличить этот срок? Скажем до 50 тысяч лет.
Но сколько чего в комете понадобится, чтобы увеличить сроки? Дейтерий для термояда? Так даже для миллионного корабля-поколений на 50 тысяч лет его нужно пренепрежимо мало по отношению к весу корабля. Проще заранее заполнить баки. Металлы? Но при эффективном вторичном использовании, минимум вброса отходов можно добиться того, чтобы складские запасы даже на 50 тысяч лет вперед были минимальны по отношению к весу корабля. Сгорела, грубо говоря, лампочка Ленина, стекло на переплавку, вольфрамовую нить на переплавку, ничего не выбрасываем. Все отходы строго сортируем по десяткам или даже сотням коробочек. Тут важна дисциплина.
 
Я не вижу причины ловить комету кроме как попытаться посадить на нее, скажем 10 тысяч человек, а на прибытии к цели уже иметь корабль  в 10 раз длиннее и в 1000 раз обьемнее с 10 миллионами человек - только для этого может понадобится масса тела кометы. В противном случае проще не ловить ничего, сделать складские запасы каждого материала и посылать корабль поколения прямо к звезде безо всяких поиком внесолнечных тел.

[Проходящий Кот]

Так проектируйте свой звездолет. Кто вам мешает?

[библиограф]

  По просьбе автора темы, убираю громоздкий рассказ про путешествие на комете, оставив ссылку:
http://lib.ru/INPROZ/MARKTWAIN/piup.txt_with-big-pictures.html

[Андрей Курилов]

Я не вижу причины ловить комету кроме как попытаться посадить на нее, скажем 10 тысяч человек, а на прибытии к цели уже иметь корабль  в 10 раз длиннее и в 1000 раз обьемнее с 10 миллионами человек - только для этого может понадобится масса тела кометы. В противном случае проще не ловить ничего, сделать складские запасы каждого материала и посылать корабль поколения прямо к звезде безо всяких поиком внесолнечных тел.

Здесь вы правы. Никто не запрещает колонистам из кометы сделать полноценное астросооружение, корабль-мир, атолл с пляжем и девками (надо же чем-то себя развлекать в течение 20 тыс. лет перелёта, кроме коррекции траектории). Правда тормозить относительно цели это будет тяжело и незачем. Лучше "соскочить" на сравнительно лёгких кораблях килотонного класса, также, как и "запрыгивали". Суть идеи не меняется никак.