Освоение Марса

[AlexAV]

образование комы - серьезная техническая проблема для такой задачи

Кома - всего лишь газо-пылевая оболочка вокруг кометы. Её образование вовсе не обязано сопровождаться "спецэффектами". Всё зависит от потока мощности падающего излучения.

Да и речь не о комете на расстоянии 1а.е. со свободной поверхностью. При потоке мощности порядка киловатта на м2 “спецэффекты” конечно будут. А о комете на поверхности которой термобарьер с потоком за ним всего лишь в единицы ватт на м2, приблизительно поток солнечной энергии на орбите урана.

[AlexAV]

только вот циферки не совпали

Цифры абсолютно верные.

критичность (обратная положительная связь) действительно имеет место быть. прорвёт струя газопыли фольгу и всё накроется медным тазом. ком летучки из Койпера уже на орбите Урана станет пороховой бочкой. опять же, обратного AlexAV доказать пока не смог

Хорошо, давайте посчитаем.

Единственный эффективный механизм аккумуляции энергии – формирование газонепроницаемого чехла на поверхности и течение выделяющегося газа под ним с выделением из трещин в виде гейзеров. Если трещин нет –давление газа будет увеличиваться и будут взрывы. Конечно формирование чехла столь низкой газопроницаемостью, чтобы накопление газов шло при такой низкой плотности мощности кажется предельно маловероятным, но допустим.

И так конструкция. Нижний слой 0,5 мм и представляет собой арамидную ткань с нанесённой на неё метализацией. Который крепится на арамидные опоры сечением 1 см2 и пределом прочности 5 ГПа, образующие сетку с ячейкой 1 км. В каждой ячейке разгрузочная скважина, служащая для предотвращения накопления газов. Конструкция способна выдержать усилие 0,5МН постоянной нагрузки на ячейку при одновременной нагрузке во всех ячейках.

Полный дебет газов при тепловом потоке 6,8 Вт/м2 – 12 кг/с на ячейку (метан), максимальная кинетическая энергия газа при начальной температуре 75 К (оценка точной температуры газа, когда он испаряется не со свободной поверхности, а под газонепроницаемым чехлом достаточно сложна и требует параметров газопроницаемости и теплопроводности пород, данная цифра условная, но от её выбора результат зависит не сильно) и полном расширении – 480 м/с. Максимальное усилие газа на ячейку 5,8 кН (реально сильно завышенная цифра), что на два порядка меньше её прочности.

[AlexAV]

Если они не совпадают для двух слоев для трех - совпадут.

Ещё раз перепроверил. В формуле для потока энергии за двумя отражающими барьерами всё верно.

[AlexAV]

полированная алюминиевая фольга поглощает 10%

У обычной промышленной аллюминевой фольги для теплоизоляции  3%.
http://www.antesthermo.ru/02product/01teh_izol/01vs_polietilen/02energoflex/

[AlexAV]

Тут явно планетоид немалых размеров падает.
Везде говорят что это модель падения тела в 500 км диаметром.
Марс планета поскромней Земли… Для нее наши 100 км будут сравнимым  катаклизмом… Нет?

Там тело, по-видимому, каменное, и скорость, скорее всего, бралась не по догоняющей траектории, а больше.  Да и отличие в 5 раз по радиусу - это в 125 по объёму. И того энерговыделение в нашем случае скорее всего будет  порядка на три меньше.

А вообще вопрос сложный. И последствия зависят не только от относительной скорости, массы и энергии соударения, но и от уравнений состояния вещества тела.

Здесь есть одна интересная особенность, которая нам может играть на руку. При ударном сжатии пористых тем выделяется очень много тепла при схлопывании пор, в результате образуется среда с очень высокой температурой (вплоть до 1-2 эВ) и достаточно скромными параметрами давления. Такая среда при расширении обладает существенно меньшей способностью совершать работу по ускорению вещества, зато очень хорошо излучает. А комета как раз и представляет собой крайне пористую систему с низкой плотностью, и поэтому есть надежда, что в процессе расширения образующийся флюид успеет сбросить большую часть энергии в форме излучения.

Но, по-хорошему, это надо аккуратно считать. Нам главное, чтобы при соударении в космос не выбросило больше, чем мы сбросили.

Сам Марс имеет круговую скорость 24 км/с. Это надо вычесть. Но все равно остается
~20 км/с. И уже тут ничего не отнять

Как-то много. Орбитальная скорость марса 24 км/с.  Скорость движения тела 30 км/с.

Тогда скорость сближения в системе отсчёта Марса V0 = 6 км/с. Начальная кинетическая энергия в системе отсчёта Марса: E =MV02/2, энергия при столкновении:



V2 – вторая космическая марса. Соответственно скорость при столкновении



Т.е. V = 7.8 км/c.

[AlexAV]

Кстати, интересный нюанс. То есть энергия превратиться в свет (в основном)?

Ну, на счёт в основном, утверждать пока не стану, но очень много. Но это не все потери. Много в химию уходит (диссоциации молекул, ионизация, эндотермические реакции и т.д.) причём, чем выше температура, тем больше, а вот в процессе расширения, когда плотность падает, равновесный состав не успевает полностью устанавливаться. В результате много энергии может оставаться заморожена в такой форме, она потом выделится, но на ускорение массы уже не пойдёт.

Хотя количество движения…
Его ведь все равно никуда не деть. Величина, пардон, векторная… В отличии от энергии

…

Да, поток импульса никуда не денется. Кору, скорее всего, проломит. Но нам не жалко, главное чтобы всё, что мы сбросили - обратно в космос не выбросило. А это не от импульса, а от баланса энергии зависит в основном.

[AlexAV]

в гравиманёврах пока что не убедили

Чего здесь убеждать? Попробуйте привести хотя бы один физический аргумент против.

[AlexAV]

И так попробую всё-таки набросать эскиз системы ускорения планетоида с ядерной силовой установкой.

Сначала оценим некоторые параметры планетоида.
Масса, как уже говорилось, принимается 10Е18 кг, плотность примем 1000 кг/м3. тогда Радиус 62 км
Вторая космическая 46,4 м/с
Ускорение свободного падения 0,017 м/с2
Давление в центре: 5.4 атм

Солидный планетоид, но все равно размещать на таком непонятном фундаменте силовую установку мощностью несколько пентаватт и тягой в тераньютоны не хочется. Поэтому будем оценивать силовой каркас, искусственную герметичную оболочку вокруг планетоида. Она будет выполнять несколько функций:
1)   Являться стабильной опорой для силовой установки, независящей от процессов на планетоидею.
2)   Не допускать случайные струи газа, которые могут сбить планетоид с курса (сложный гравитационный манёвр, который будет использоваться для снижения ХС скорее всего потребует очень высокой точности наведения, случайная сила, возникающая при неконтролируемом истечении газа здесь совершенно нежелательна).
3)   Обеспечить подвод рабочего тела в двигатели.

Требования к оболочке:

Рабочее давление: 4 атм
Предельное давление: 10 атм
Радиус оболочки: 80км
Площадь поверхности: 48,36 тыс. км2

Все элементы оболочки работают только на растяжение.
Материал опор – углеволокно, прочность 9ГПа плотность 1,8 г/см3.
На каждый 0,1км2 оболочки приходится одна опора сечением 11,1 м2.

Внешняя оболочка. Материал углепластик. Прочность 3 ГПа, плотность 1,5 г/см3. Толщина 10 см.

Колонны сходятся в центре масс планетоида.

Полная масса системы колонн: 773 Гт
Масса внешней оболочки: 18.8 Гт

Внешняя оболочка связана с колоннами системой строп, равномерно перераспределяющих нагрузку с оболочки на колонну. Материал строп – углеволокно.

Оценочная масса: 2 Гт

Полная масса силового каркаса: 793,8 Гт.

Реакторная установка.

В качестве топлива в реакторной установке используется смесь карбид тория/карбид урана. Содержание урана-233 в начале компании 10%. Глубина выгорания в конце компании 170 ГВт сутки/т. тепловая мощность реактора 7,6ПВт. Вес топлива 163 млн.т. объём 13,84 млн. м3. Расход рабочего тела 1.6 млн.т/с.

Реактор представляет канальные блоки расположенные на платформе площадью 26 км2. Рабочая температура реактора 1500К. Газ к реактору поступает самотёком по системе трубопроводов, связывающим канальные блоки реактора с оболочкой. Далее газ вытекает в систему сопел. Кроме того, через реактор проходит система трубопроводов с эвтектикой жидкого свинца и висмута, которые идут внутрь сферы к системе радиаторов, нагревающих лёд планетоида. Тяга двигателя 3,2 ТН.

Основание платформы – слой бериллия, служащий как основа для реактора и как отражатель нейтронов. Платформа находится на системе опор, соединяющих её с силовым каркасом. Опоры представляют собой бериллиевые колонны сечением 12 м2, расположенные через каждые 50 метров.

[AlexAV]

Особоостробредящие двиганием планетоидов имеют волшебные газофазные ЯРД которым нет преград, ну кроме того, что выхлоп расплавит кометоид раньше чем разгонит.

Нет такой проблемы. Есть проблема как подвести от реакторов 4.4ПВт мощности к планетоиду для испарения льда. Механическая мощность двигателя меньше, чем потребности в тепле для сублимации льда.

Ну и то, что наклонение орбит всех тел койпера существенно отличается от плоскости эклиптики.

Неправда. Как минимум у троянцев Нептуна и Урана это не так.

особенно повеселили сотни гигатонн углеволокна и таких веществ как карбид урана, бериллий и тп
всё ресурсы СС придётся поставить в позу

Ну, на постройку ваших колоний у астероидов, углеволокно (в лучшем случае) тоже потребуется гигатоннами. Природу не обманешь, если нужен большой пузырь с газом, то потребуется прочная и очень тяжёлая конструкция.

[AlexAV]

Ау терраформители! Вы еще хотите строить ЭТО в Койпере?
48,36 тыс. км2
Такое строение можно строить прямо на Марсе. Район 200 на 200 километров.
 Это где-то как перекрыть весь Каньон Маринера крышей, надуть углекислотой, обогреть его реакторами и высадить растения для переработки в кислород

Идея мёртвая. Вы забываете о деградации материала. Для планетоидного движителя достаточно, чтобы конструкция прожила 10 лет, чего добиться вполне реально.

Для вашей – нужно учитывать, что купол будет деградировать и его каждые лет 100 (будем оптимистами) нужно перестраивать.

Кстати эфирных поселений это тоже касается. А их вес конструкции - будет измеряться гигатоннами.

[AlexAV]

Во-во. 4 петаватта и 20 террават. Никаких комментариев не будет?

Откуда вы цифру 20ПВт взяли? Полная 7.6 ПВт (т.е. на ускорение струи 3.2 ПВт).

Троянские астероиды Нептуна вблизи точки L4, рядом для сравнения показаны плутино.

Учитывайте особенности динамики тела в окрестности точки Лагранжа. Для того, чтобы отправить их в саму точку, потребуется ничтожный ХС в единицы - несколько десятков м/c.

[AlexAV]

в том-то и дело, что если заселить колонию тысячами человек, с лесами, лугами и зверями, то понадобится меньше строительного материала

А вы посчитайте.

[AlexAV]

и при этом у вас получается инфраструктура на три порядка массивнее - придётся грабить всю СС

Это вы зря. 99% всех материалов – углеволокно. А сырьё для его производства – метан. Т.е. вещество самой транспортируемой кометы.

а чего считать? изначально колония имеет лишь несколько "башен" с тороидальными жилыми отсеками на поверхности объекта. масса каждой станции, рассчитанной на 20-30 чел порядка мегатонны

Хорошо, примем эту цифру.

Ну и что вы тогда показали? В бюджет в 800Гт конструкционного материала вы впишите строительство колоний для 24 млн. человек. Что в принципе не так уж и много. На терраформированной планете разместится не меньше миллиарда. Т.е. даже по входным затратам терраформирование получается минимум на порядок дешевле, чем строительство колоний.

Но это ещё пол проблемы. Вечных материалов не существует и, соответственно, ваши торы не относятся к конструкциям типа “поострил и забыл”. Они будут изнашиваться, и время от времени их придётся перестраивать.

А теперь думайте, что лучше среда обитания на 24 млн. чел и требующее огромных эксплутационных затрат.

Или среда на 1млрд. человек вообще не требующая эксплутационных затрат, работающая по принципы “построил и забыл”.

Мне кажется ответ очевиден.

[AlexAV]

 

Растениям для роста принципиально тяжесть не нужна. Поставьте "карусель" в полости по стенкам на маглеве и пусть там спят люди, не перестроившиеся к невесомости. Беременных держите, опять же если надо.

Условия соответствуют особо вредному производству. Для вахтового поселения может быть ещё ничего, а для постоянного проживания не годится.

Жить так никто не станет. Для постоянного поселения требуется, чтобы большая часть людей большую часть времени находились в условиях гравитации.

[AlexAV]

Если углеволокно для гиперскорлупы можно сделать на месте, почему нельзя сделать его на Марсе? Или на тех же асетероидах - троянцах?

На марсе можно. А вот на астероидах придется как-то решать проблему гравитации. Для вашей конструкции такое решение неочевидно.

Опять же для вашей конструкции годятся только каменные/железные астероиды. А вот ледяные – маловероятно. Поселение в результате жизнедеятельности выделяет тепло, которое будет греть ледяное тело, вызывая его испарение со всеми сопутствующими спецэффектами.

Ну люди и на Земле живут в среде, которая изнашивается и которую нужно время от времени перестраивать. Жилища, дороги, инфраструктура…

Когда удельные издержки (в расчёте на человека) растут порядков на пять, количество начинает переходить в качество… Даже сверхиндустриальной цивилизации.

[AlexAV]

И это говорит разгонятель астероидов петаваттными двигателями? 

Вы о чём? Об испарении? Так для разгона это решаемая проблема (всё равно испарять рабочее тело надо). Да и по большей части эти 800Гт – это цена её решения.

А для поселения всё намного хуже. Двигатель работает лет 10, а поселение греется столетиями. Я не говорю, что проблема не решаема, но в любом случае нужно учитывать затраты на её решение.

Есть такое решение. Элегантное и малоэнергетичное. Но его автор - Роберт вставил в роман и я бы не хотел его выдавать. Там на патент тянет.

Давайте угадаю. Два связанных астероида, вращающихся вокруг центра масс такой гантели?

[AlexAV]

Ну да, не 800 Гт...

Прошу это показать в цифрах с учётом реальных свойств материалов.

[AlexAV]

По тем же соображениям чем ближе угол пересечения орбит двух тел к 90 градусам, тем больше будет приращение скорости , тем глубже в яму можно нырнуть. Это если проще. За формулами - к Левантовскому. Но тела с троянскими орбитами гравиманевр очень рискован и малоэнергетичен.

Если бы планета в солнечной системе планета была бы одна, ваши рассуждения имели бы хоть какие-то основания (и то с массой оговорок). Но в реальности их немного побольше.

И так стартуем из точки Лагранжа Нептуна.
1) Тормозящий импульс 900 м/с
2) Новая орбита пересекает орбиту урана под углом 15 градусов
3) Гравитационный манёвр у урана. Параметры орбиты в системе отсчёта Урана p = 1.167 млн. км, e = 1.32, минимальное расстояние 503 тыс. км.
4) Новая орбита пересечёт орбиту пересечёт орбиту Сатурна под углом 25 градусов.
5) Гравитационный манёвр у Сатурна. Параметры орбиты в системе отсчёта Сатурна p = 1.73 млн. км, e = 1.4, минимальное расстояние 722 тыс. км.
6) Прямой наводкой на Марс.

Момент времени для начала манёвра, чтобы нужные планеты оказались в нужное время в нужном месте, конечно, придётся подбирать.

Ну и что здесь рискованного?

[AlexAV]

Не получится: СО2 опять смерзнется на полюсах. См http://tung-sten.no-ip.com/Texts/Popsci/Mars.Climate/Mars.Climate.htm. Нужно либо поднимать давление в 60 раз, либо делать азотную атмосферу.

Есть ещё один вариант – кислородную.

P.S. Вообще вероятно при наличие фотосинтезирующей жизни кислородная атмосфера с приличным давлением могла бы появиться сама в результате цепи процессов:

CO2 + H2O = Органика + O2 (фотосинтез)
Органика = СH4 (метановое брожение)
СH4 = C + 2H2 (фотолиз в верхних слоях атмосферы)
H2 – диссипирует в космическом пространстве (Марс его вообще практически удержать не может)

Кстати потенциально самый дешёвый способ терраформирования марса. Потребуется доставить только пробирку со спорами какого-нибудь лишайника, который мог бы там выжить.

[AlexAV]

Ммм... По существу возразить не могу. Но как же Титан? Гравитация ниже, а азот из атмосферы не убегает? Может, дело в сроках?

Мощность этого механизма всё же ограниченна. В действительности в области Марса он даёт скорость потери атмосферы меньше 0,1 атм/ млрд. лет.

Опять же атмосфера на Титане – незамкнутая система, она постоянно пополняется за счёт криовулканизма. А вот на Марсе вся вулканическая деятельность закончилась несколько миллиардов лет назад.