Освоение Марса

[shuricos]

полно всяких глубоких кратеров

Именно так: по стенкам кратера или разлома устанавливаются неподвижные зеркала, образующие параболу; в фокусе этой параболы устанавливается закрытая сверху (от радиации и микрометеоритов)теплица.
При этом окна теплицы должны быть достаточно большими, чтобы находиться в фокусе параболы как зимой, так и летом.
Нет никакого смысла зарывать такую теплицу в землю целиком.

[Rattus]

Давайте тогда сравним Японию с Кубой. Территория и население сравнимы

Вторая - в 3,4 раза меньше. С Кубой лучше сравнивать Южную Корею.
Еще можно вспомнить Данию, Швейцарию, Израиль и Сингапур. То, что они смогли так хорошо сорганизоваться внутри - не значит, что им бы это удалось на удалении в десятки миллионов километров от остальной Земли...

Современная экономика, знаете ли, не на одних минеральных ресурсах основана.

Это только от их временного избытка.

[shuricos]

Не понял откуда тут взялся этот разговор

Он взялся отсюда - Новости освоения дальнего космоса
Там ему не место.

наверное модераторы перетащили

Нет. Это я сам ответил на вопрос в той теме, где это обсуждение уместно.

ещё Артур Кларк предложил

Это красиво для фантастики, но не для реальной жизни.
Энергия, которая потребуется для образования волны на натянутом канате, тоже очень даже немаленькая нужна.

Это Вам только кажется, что амплитуда будет мала относительно длины троса.
Радиус стационарной орбиты определяется по формуле R=(G*M/w²)^1/3,
где G - гравитационная постоянная, она одинакова для Земли и Марса,
М - масса планеты, она на Марсе = 0,107 масс Земли,
w - угловая скорость вращения планеты = 1,0275 земной.

Подставляем в формулу, получается, что радиус стационарной орбиты Марса =0,466 от геостационарной орбиты (она = 42164 км), т.е. аресостационарная орбита = 19 658 км, т.е. длина троса должна быть 16262 км от нулевой отметки.
Если амплитуда будет 100 км, то это 0,6% от длины, что очень много!

Чтобы задать такую амплитуду, придётся основание троса сдвигать на эти же 100 км. 
Причем, быстро сдвигать, чтобы именно волна получилась.
Если же не пускать волну, а просто сдвигать трос, то его придётся двигать ещё больше. А ещё и учитывать изгиб троса при смещении, т.е. тоже плюс к амплитуде точки крепления к поверхности.
При колоссальной массе тросса его сдвигать будет очень и очень непросто!

А если механизм сломается? Кердык тросу и лифту и всему, что под ним

[LonelyWanderer]

Поэтому Фобос нужно поднять на стационарную орбиту

[shuricos]

Поэтому Фобос нужно поднять на стационарную орбиту

Ну, не прямо вот его сдвигать целиком, но разобрать и из этого материала построить космический лифт - вполне допускаю.

Но опять возникает вопрос: а зачем?
Какие-такие преимущества есть у лифта, которых нет у катапульты?
Космический лифт - очень уязвимое сооружение.
Прилетит мааааленький камушек на скорости несколько км в секунду... джбуньк... и трос - результат колоссальных усилий и затрат - эпично падает на Марс.

[shuricos]

аресостационарная орбита = 19 658 км

Кстати, вот не обращал раньше внимания - а Деймос-то летает дальше, чем аресостационарная орбита.
Его большая полуось 23 458 км.

[LonelyWanderer]

Ну, не прямо вот его сдвигать целиком, но разобрать и из этого материала построить космический лифт - вполне допускаю.

Но опять возникает вопрос: а зачем?
Какие-такие преимущества есть у лифта, которых нет у катапульты?
Космический лифт - очень уязвимое сооружение.
Прилетит мааааленький камушек на скорости несколько км в секунду... джбуньк... и трос - результат колоссальных усилий и затрат - эпично падает на Марс.

На Луне катапульта весьма и весьма большой получается, а на Марсе это астроинженерия такого же порядка, что и лифт. Реально ли вообще двигать корабль в такой установке со скоростью в 3.5 км/секунду? Кроме того это большая скорость даже для марсианской атмосферы. Катапульта получается очень длинной, если вы хотите и людей в ней отправлять. Сколько километров, допустим при ускорении 5g ? Это 70 секунд разгона, это более 100 километров катапульты. Катапульта должна быть прямая, едва ли допустимо какое-то искривление в такой нагруженной конструкции. И не горизонтальная - иначе аппарат быстро потеряет скорость в атмосфере до того, как поднимется в космос. Наклон должен быть ощутимый, и при прямолинейности всей конструкции. И верхняя часть должна быть в верхних слоях атмосферы, иначе ещё и вакуумной трубой придется снабжать катапульту, потому как обтекаемые газы разрушат ее. А ещё крайне желательно на экваторе. Можно было бы предложить Олимп, имеющий достаточную высоту и удобные пологие склоны, где найдутся искомые  100+ километров длины, но он на 19-й широте.
Поэтому нужно обратить взор на другие марсианские вулканы. Вулкан Павлина почти четко на экваторе, но его высота не очень, всего 14 км. Горы Арсия и Аскрийская по 18 и 19 километров высотой, но не на экваторе, хотя и ближе к нему, чем Олимп. Но у всех 3-х вулканов, по-моему не будет 100-километровых склонов как на Олимпе.
Так что это тоже задача весьма трудная к реализации.

[shuricos]

Да, Олимп и ещё раз Олимп.

То, что он не на экваторе, не страшно - всё равно для выхода на траекторию к Земле, например, пришлось бы менять наклонение орбиты как из-за наклонения орбиты Марса, так и из-за наклона его оси.
В идеале, старт должен быть с широты 25 градусов, так как лучшее время для старта - нахождение Марса в афелии (самый энергетически дешёвый вариант) и в перигелии (самый быстрый вариант).

Да, катапульта получится длинной.
И не 100, а 200 или даже 250 км длиной.
Но это не 16+ тыс.км.

И катапульта может целиком лежать на поверхности, а не болтаться вертикально в космосе, что радикально упрощает и её строительство, и её обслуживание.

И на Олимпе она может иметь необходимый наклон - не очень большой и не очень маленький. При длине в 250 км (менее половины диаметра Олимпа) при приемлемых перегрузках можно и второй космической достичь.

[LonelyWanderer]

Смоделировал ситуацию в симуляторе Орбитер2010. Взял одну из моделей, где есть указатели температур (они неплохо соответствуют реальным значениям Шаттла на разных этапах), и запустил с поверхности на скорости 3400 м/с. На поверхности он разрушается. На высоте 6000 метров максимальная температура в лобовой части 1700 градусов, на высоте 10000 метров - 1100 градусов, на высоте 13800 метров (в Google Earth нашёл участок на южном крае кальдеры горы Павлина с такой высотой) - 725 градусов. Последнее значение в принципе уже неплохое. Сам корабль не разрушится, и уже не требуется применение сменяемых теплозащитных плиток, что утяжеляет и удорожает его. Далее при угле подъёма в 7.5 градусов за счёт трения атмосферы до выхода в космос теряется где-то в районе 50-100 м/с скорости. Но это у аэродинамического шаттла.
Думаю, если не будет проблем с атмосферой у самой электромагнитной катапульты, на которую будет воздействовать космический аппарат, то гора Павлина неплохо подходит. Южный край её кальдеры - это всего 7 минут северной широты - практически ровно экватор, т.е. не надо никаких дополнительных манёвров для выхода на экваториальную орбиту.
Сам корабль может быть крылатым. Ведь взлет с катапульты предполагает движение по эллипсу, а значит даже приобретя 1-ю космическую скорость - он упадёт. Крылатость даёт возможность манёвра 2-мя способами: сразу после старта начинается постепенное выравнивание орбиты с помощью крыльев, или же последующий отскок от атмосферы (что довольно простая задача, причём без перегрева, температура поднялась примерно только до 0). То есть с помощью крыльев можно получить круговую орбиту в верхней разряженной экзосфере Марса. И с этого момента можно начинать раскручивать корабль с помощью экономичных ионных двигателей - так мы сэкономим на массе по сравнению с ракетным способом выравнивания орбиты (за один круг мы не успели бы ионными двигателями поднять перигелий орбиты из под поверхности планеты).
И в принципе, склон горы Павлина имеет достаточную длину. Например от южного края её кальдеры с высотой 13800 метров до отметки ровно на западе от неё с высотой 8000 метров расстояние получается 134 километра - думаю этого достаточно для катапульты с вменяемым ускорением. Какой угол наклона у катапульты получается, не знаю, считать надо.

[shuricos]

При старте с Олимпа перегрев будет ещё меньше.

И места там для катапульты намного больше.

И зачем нам экваториальная орбита?

[LonelyWanderer]

При старте с Олимпа перегрев будет ещё меньше.

И зачем нам экваториальная орбита?

Большинство целей находится там - это геостационарная орбита, это Фобос... Кроме того это уменьшение скорости старта за счёт вращения. Конечно, не только экваториальная орбита нужна, но если строить только одну катапульту, то  экваториальная мне кажется получше будет. А вообще 2 установки, конечно лучше. Во-первых для дублирования, во-вторых для получения всего разнообразия орбит.

[shuricos]

Думаю, что старты к Земле более актуальны, чем к Фобосу или аресостационарной орбите. А для полётов к Земле старт с  меридиана 20 градусов предпочтительней.

[LonelyWanderer]

Думаю, что старты к Земле более актуальны, чем к Фобосу или аресостационарной орбите. А для полётов к Земле старт с  меридиана 20 градусов предпочтительней.

С широты, а не меридиана А зачем с Марса на Землю летать? Когда будет построена такая катапульта (если вообще именно катапульта будет), на Марсе будет уже значительная колония и большинство полётов будут местного значения, а не Марс-Земля.
Да в общем спор тут ни о чём, идеально иметь 2 катапульты - и на Павлина, и на Олимпе.

[shuricos]

Широты, конечно! =)

Спор только о том, какую строить первой.

[Dim Dim]

во-вторых, сильно повышаются требования к энергетическому обеспечению базы.

Что Вы имеете в виду?
Энергию на перемещение базы?
Так в этом как раз и экономия: вместо того, чтобы строить десятки или сотни отдельных станций, каждый раз доставляя оборудование с Земли, мы просто перемещаем оборудование по Марсу из уже изученного региона в другой регион.

Энергию на выкапывание, перемещение, закапывание. А с какой скоростью должны перемещаться по марсианскому бездорожью немаленькие модули базы, если перевезти их нужно аж на 1000 км? Риск аварий по дороге? Перевернется один транспорт с модулем - что будет с базой? То есть, все модули нужно дублировать? Не выгоднее ли построить "промежуточные" необитаемые станции-склады с запчастями и топливом?

Это к тому, что утверждение "Марс ничего никогда не даст Земле" полностью беспочвенны. Современная экономика, знаете ли, не на одних минеральных ресурсах основана.

Угу. А знаете, почему можно добывать ресурсы в Африке, а перерабатывать в каком-нибудь Китае, а потом тащить товар аж в Европу? Потому что топлива дешевого много, транспортировки дешевы. Наладьте дешевое транспортное сообщение с Марсом, и можете там хоть видеомагнитофоны из китайских комплектующих собирать для дальнейшей продажи в Америке.

[crazy_terraformer]

аресостационарная орбита = 19 658 км

Кстати, вот не обращал раньше внимания - а Деймос-то летает дальше, чем аресостационарная орбита.
Его большая полуось 23 458 км.

А эта штука перерубит противовес?

[crazy_terraformer]

Смоделировал ситуацию в симуляторе Орбитер2010. Взял одну из моделей, где есть указатели температур (они неплохо соответствуют реальным значениям Шаттла на разных этапах), и запустил с поверхности на скорости 3400 м/с. На поверхности он разрушается. На высоте 6000 метров максимальная температура в лобовой части 1700 градусов, на высоте 10000 метров - 1100 градусов, на высоте 13800 метров (в Google Earth нашёл участок на южном крае кальдеры горы Павлина с такой высотой) - 725 градусов.

Поэтому лучше разгонять в вакуумированной трубе до схода с катапульты. Если делать трубу из диэлектрика, то вместо катапульты можно сделать пушку Гаусса. В пушке Гаусса  в качестве оболочки КА можно использовать постоянный магнит для борьбы с возникающей ЭДС индукции. Интересно, что будет выгоднее рельсотрон или пушка Гауссса.
Чтоб марсиане или земные туристы остались живыми лучше, чтобы ускорение было меньше. Скорее всего не больше 2-2,5 земных g, т.к. сердце и кости на Марсе могут ослабеть из-за меньшей гравитации.

[shuricos]

эта штука перерубит противовес?

Сложный вопрос.
Если мы хотим с конца космического лифта отправлять грузы со второй космической скоростью, то это возможно в том случае, если конец троса находится на удалении 27800 км от центра масс Марса, т.е. 24404 км над нулевой отметкой поверхности. Это выше, чем орбита Деймоса.

Во-первых, я пока не готов судить о том, выдержит ли трос лифта такую нагрузку, ведь конец троса должен вращаться со скоростью на 1,5 км/с больше, чем точка напряжения на стационарной орбите (в этой точке вектор сил противоположен - ниже неё трос больше тянет к Марсу, а выше неё трос больше тянет от Марса.

Логика подсказывает, что в состоянии покоя в этой точке сумма сил при любых раскладах будет равна двойному весу (не массе, а весу) троса, расположенного ниже стационарной орбиты. Но когда мы поднимем груз выше стационарной орбиты, то центробежная сила будет увеличиваться. И чем дальше будем поднимать груз, тем напряжение будет сильнее возрастать, пока не возрастёт на величину центробежной силы, создаваемой грузом на конце троса. Даже если груз будет подниматься выше стационарной орбиты "самоходом" (т.е. за счёт собственной центробежной силы), то всё равно на трос будет дополнительная нагрузка, так как груз будет стремиться потерять часть скорости (кинетическая энергия будет переходить в потенциальную), его придётся постоянно как-бы тянуть вперёд. Сила Кориолиса.

Во-вторых, это дополнительные несколько тысяч километров троса. Возможно, придётся разобрать Деймос для сооружения этой дополнительной секции лифта.

Но у лифта остаётся непреодолимый недостаток: это конструкция "не пределе". Случайный маленький камушек способен нарушить прочность троса настолько, что он просто разорвётся и значительной своей частью обрушится на Марс. Это событие хотя и чрезвычайно маловероятное, но (по закону больших чисел) со временем наверняка случится. Соответственно, придётся тросу придавать дополнительную прочность, что не может не сказаться на его весе. А дополнительный вес = дополнительные проблемы с прочностью на разрыв.

[LonelyWanderer]

А я как-то считал лифт для Марса, у меня получилось, что он возможен для самых прочных из существующих материалов (кевлар или кварцевое волокно - не помню уже, что считал). Но только для достижения 1-й космический скорости, и его основание будет довольно толстым. Если же 2-я космическая, то тут опять приходим к нано-трубкам. С нано-трубками получится, тут требования все-равно намного меньше, чем к Земле для ее 1-й космической, но смогут ли когда-нибудь делать целые тросы в тысячи километров из нано-трубок - это ещё вопрос..

[LonelyWanderer]

На Марсе гораздо проще реализуются системы, которые тут предлагались для Земли. Например, трос, свисающий с орбиты, ниже чем стационарная - до верхней разряженной атмосферы и двигающийся с пониженной скоростью. Это такой компромисс получается между разными способами старта - не нужно сооружать циклопический сверхмощный трос и не нужно сооружать циклопическую катапульту или строить мощные ракеты.
Тем более, что и хорошее крепление для троса уже имеется - Фобос. С его периодом обращения  в 7ч 39 мин. скорость нижней части троса будет где-то в районе 1 км/с, что уже проще и для реализации катапультой. Если космический аппарат будет снабжён крыльями, он может сманеврировать соответствующим образом и зацепится за край троса не тратя ракетного топлива на это.
Это расходование энергии Фобоса, но его орбиту можно постепенно восстанавливать постоянно работающим ионным двигателем на энергии солнечных батарей.