Межпланетный Транспорт: двигатели и стратегии

[Андрей Курилов]

С околоземной орбиты, например. Выведение на химии, отлёт к Марсу на маршевом ЯРД.

сотню или даже тысячу-другую тонн жидкого водорода тоже надо вывезти на НОО, так?

Для этого надо, для начала, чтобы на Луне оказалась какая-то ПН.

вот я к тому и говорю, что раньше базы на Луне дальше никак не летать

[sharp]

Что бы  (опять, при соответствующем положении тел) добраться с Паллады на Цереру за пол года (182 дня) нужно стартовать на скорости 4.2 км/с. Это все ЖРД-шные скорости. Конечно у цели надо еще тормозить. Грубо удвойте. 8.4 км/с (не будем мелочится). Все равно это сравнимо с выходом на орбиту Земли.

Ну да, вот только для того, чтобы лететь на ЖРД, вам придется соорудить у астероида ракету, сравнимую с "Фальконом" или "Протоном" по массовым характеристикам, и при этом выбрасывать по дороге одноразовые ступени (на одной ступени достичь 8,4 с существенной ПН проблематично).
А на ЯРД вы могли бы обойтись кораблем тонн в 50 (грубо говоря, Аполлон), и лететь одной ступенью, то есть - "железо" никуда не выкидываете, и используете его многократно.

Кроме того, вряд ли люди будут в качестве основного маршрута колесить по астероидам. Основная биомасса человечества будет проживать на Земле и Марсе, а значит и прилетать-улетать будут туда.

[sharp]

сотню или даже тысячу-другую тонн жидкого водорода тоже надо вывезти на НОО, так?

Разумеется. Однако в том и плюс, что для одинаковой дельта-ве потребуется вывести на порядок меньше водорода для ЯРД, чем водород-кислорода для ЖРД.

[sharp]

вот я к тому и говорю, что раньше базы на Луне дальше никак не летать

На Луне вам не база тогда нужна, а самая настоящая промышленная колония.
И тут ещё надо посмотреть, чего проще добиться - построения такой колонии на Луне, или построения полностью многоразовой и недорогой системы выведения на Земле.

[alex_semenov]

Ну да, вот только для того, чтобы лететь на ЖРД, вам придется соорудить у астероида ракету, сравнимую с "Фальконом" или "Протоном" по массовым характеристикам, и при этом выбрасывать по дороге одноразовые ступени (на одной ступени достичь 8,4 с существенной ПН проблематично).

Ничего подобного.
Ракета стартующая с Земли - это "минорет", башня, которая должна выдерживать 1.5-3g. Поэтому все усилия, все копия, ломаемые вокруг конструкций ракет - это как изготовить стенки этого "минорета" прочными, легкими, дешевыми (три несовместимых требования).
Отбрасывание ступеней - это расплата за компромисс выше.
Но в зоне микрогравитации вам не нужны такие прочные ракеты. Вообще говоря ваш корабль может быть автофагом.
Даже водород можно превратить пусть в рыхлый, но лед (который можно армировать без особых потерь).
Вот статья Джонотана Поста по поводу водородного льда и корабля-автофага.
http://go2starss.narod.ru/pub/E015_RHL.html



В случае метана и кислорода ситуация выглядит куда лучьше!
При скорости истечения в 3.5 км/с (метан+кислород) для дэльта-вэ 8.6 км/с массовое число Z= 11-12
В принципе это вполне можно скомпоновать в одну ступень (даже приняв топливо жидким) если корабль не испытывает ускорения большие десятой или трети земного. То есть баки можно сделать вообще эфимерными по массе. Их задача - держать жидкость. Работать "бурдюками", но не несущей конструкцией (что происходит с баками земных ракет).
Сюда же. Так как ракета должна подниматься над Землей на 100-300 км, двигатели должны создавать достаточную тягу что бы поднять заправленную ракету над столом. Но в конце траектории масса ракеты падает на порядки и те же самые двигатели создававали бы избыточно большую тягу.
Дросселирование, разумеется, в помощь (отключение двигателей в том числе) но все равно реальное решение - отбрасываемые ступени.
То есть. Ракеты для статра с Земли - это очень специфические устройства всецело заточенные под условия выхода из гравитационной ямы.
Там же задача совершенно иная.
Ракета в поясе астероидов скорей будет похожа на своего рода "дирижабль". Ей вообще не обязательно стремительно стартовать на столбе пламени.
Просто нет в этом нужды.
И еще. Вам нужны радиационные убежища. Если на борту - люди. Поэтому наличие большой массы углеводородов для торможения у цели на борту летящего аппарата - очень уместный "запас".
Если же речь идет о ядерном паравозе (ЯРД выбрасывающий разогретый водяной пар), то водяной лед вообще прекрасный и конструкционный и защитный материал для корабля. Это будет чуть ли не 100% автофаг.
В общем тут совсем другие условия и решения.

А на ЯРД вы могли бы обойтись кораблем тонн в 50 (грубо говоря, Аполлон), и лететь одной ступенью, то есть - "железо" никуда не выкидываете, и используете его многократно.

Да глупость это все. Инерция мышления. Нет нужны. Не стоит овчинка ЯРД на водороде выделки. Хотя бы потому что если вы гонитесь за такими результатами (высокий удельный импульс большая дельта-вэ), то вам надо сразу "прыгать" к взрыволету, откинув все остальное как бирюльки.
Да, дальний космос (внешние планеты) никакой химией не достичь.
Но это совсем другая история.

Кроме того, вряд ли люди будут в качестве основного маршрута колесить по астероидам. Основная биомасса человечества будет проживать на Земле и Марсе, а значит и прилетать-улетать будут туда.

Я вообще сомневаюсь в том что люди будут сильно мотаться туда-сюда. Каждый перелет  это пол года-год под экспозицией ГКЛ. Слетал раз-другой туда-сюда и ты уже инвалид. Поэтому забудьте о частых "туристических" полетах. Массовый туризм на Земле умрет (уже умирает) задолго до того как начнется космическая экспансия.  А общества в космосе будут чудовищно "тоталитарны". Путешествия ради путешествий? Забудьте раз и на всегда.

[SpaceEngineer]

Кстати. Не все так плохо.
Перелет Паллада-Церера по Гоману требует всего 2 года (никаких не 10).

А стартовое окно открывается раз в 1200 лет. Нет, летать придется не когда выгодно, а когда нужно. Иногда даже по ретроградным траекториям. А там совсем другое дельта-вэ.

[alex_semenov]

А стартовое окно открывается раз в 1200 лет.

Гм... А почему так много?
Оборот Цереры по орбите - 4.60 лет.
Оборот Паллады 4.618 лет.
Накопленный сдвиг на оборот - 0.018 лет/оборот.
То есть, любое взаимное положение (в том числе и окно для Гомана) повторится через 1/0.018=56 оборота.
То есть через 4.6*56=256 лет.
Откуда 1200?

Нет, летать придется не когда выгодно, а когда нужно. Иногда даже по ретроградным траекториям. А там совсем другое дельта-вэ.

Да и хрен с ним. Все равно перелет в интервале траекторий от 2-х лет до  полугода это дэльта вэ от 2 км/с  до 8 км/с.
Начальный угол в положении тел от 180 (для Гомана) до 55 градусов.
Все-таки Внутренняя часть Солнечной системы устроена достаточно удобно для колонизации.
Во-первых у Земли есть Луна. Это по-сути двойная планета. Луна - идеальный подарок для цивилизации, которая реально хочет выйти из колыбели.
В-вторых у нас есть такая планета как Марс. До Марса добраться так же просто как и до Луны (мантры про обратное - ложь. многолетняя ложь врагов человечества). Создав базу на Марсе человечество получает доступ ко всему поясу астероидов.
В-третьих. Пояс Астероидов достаточно удачно расположен. Он не далеко не близко от Солнца. Он уже в зоне льда. Там есть полная воды Церера. В отличии от Койпера, перелет между астероидами может быть меньше года на "химических" скоростях.
Ну и последнее. Четвертое.
Во внешней системе есть Сатурн с Титаном. Единственное в Солнечной системе небесное тело, где человек может находится на твердой поверхности тела без защитного вакуумного скафандра.
Кстати, Марс требует промежуточного скафандра (давление менее 1% от земного давления, это все же давление, не вакуум) не полностью вакуумного (как Луна и пояс астероидов). И все эти "ступени" для выхода из колыбели вполне себе удобны для каботажной "химической" тяги. До Луны, Марса, Цереры можно дотянуться на чистой химии. 
Разумеется все это недоступно если вы не используете атом стационарный. Привязанный к грунту небесного тела (добывающий там химическое топливо).
И только Титан и далее,  конечно,  без "крылатого" атома не осилить.
Но жаловаться на нашу Солнечную систему нам грех. Классная, удобная система нам досталась. Почему до сих пор не вышли?
Так научная контрреволоция же. Она объясняет все.
Любая цивилизация, столкнувшисть с бурной научно-технической революцией по-началу испытает восторг и всплеск вожделений (крайне глупых), но по мере приближения к пику это сменится на ужас и неприятие прогресса вообще. Что мы и наблюдаем у нас с вами. Торможение с выходом из колыбели - лишь частный случай проявления научной контрреволюции. Другая сторона - торможение и отказ от ядерных технологий. Повальная животная радиофобия. Экологический дурман. Дальше - больше. Вон, оказывается всемирная сеть это никакое не благо, а электронный концлагерь! Компьютеры - поработители человеческих свобод (а про роботов, которые лишают работы давно писатели-фантасты предупреждают!). И это не предел "разочарования" от прогресса!
КАЖДАЯ сторона науки (даже открытие, казалось, безобидных  экзопланет, черных дыр и квазаров) принесет человечеству раскаяние от того, что он ввязался в гонку научно-технической революции (многие знания - многие скорьби в этом мире). Массовое недовольство. Так и должно быть.
Но потом, когда мы достигнем дна - попустит...


Жаль нам с вами не жить в эти времена (а может и к лучшему, что не жить?).

Возвращаясь к системам тяги.
Это ДЕБИЛЬНАЯ традиция обвинять недостаточный уровень развития ракетных технологий в том что мы до сих пор не вышли из колыбели.
Это валить с больной головы на здоровую. Сумма технологий для выхода из колыбели давно есть (в том числе и идея атомного взрыволета), все идеи открыты и даже многие доведены до совершенства (ЖРД например).
Если вы считаете что нужно некое чудестное открытие (и тогда система будет нашей) - у вас "сбился прицел".
Причина не в тяговых системах. Причина в самом человечестве. В кривом техно-гуманитарном балансе (которой продолжает "кривиться" и будет кривиться все больше и больше еще до конца этого века).

[Trend]

Во внешней системе есть Сатурн с Титаном. Единственное в Солнечной системе небесное тело, где человек может находится на твердой поверхности тела без защитного вакуумного скафандра.

Рад за вас, что вам -180 °C нипочем.

[alex_semenov]

Рад за вас, что вам -180 °C нипочем.

Джомолунгма:

высокая разреженность атмосферы и, как следствие, крайне низкое содержание кислорода в ней, граничащее со смертельно низким значением; низкие температуры до −50…−60 °C, что в сочетании с периодическими ураганными ветрами субъективно ощущается человеческим организмом как температура до −100…−120 °C и способно привести к крайне быстро возникающей температурной травме

Сама по себе температура мало о чем говорит. Очень важен ветер, влажность и т.д.
В той же Антарктиде при -50 но низкой влажности и высокогорье (4 000 метров над уровнем моря) та воспринимается практически как -20.
Ну и одежда. Нет плохой погоды. Есть неподходящая одежда.
И -180 С совсем не повод прятаться в герметичный скафандр.

[crazy_terraformer]

Рад за вас, что вам -180 °C нипочем.

И -180 С совсем не повод прятаться в герметичный скафандр.

А дициан, изонитрилы, HCN — да! И ежели заморосит жидкий метан или его смесь с этаном!

Да, люди будут летать Церера-Паллада быстро (год?). Но Люди - это 1/10 если не 1/100 всей массы перевозок. Основная же масса (и энергозатраты) - грузы. И их будут возить терпеливые роботы.

Ну, можа ещё Палладу в ракету превратить. А что — производить жидкийО2 с органикой(пропан, бутан...парафины, пропанол, бутанол...., многоатомные спирты) на Церере, и поставлять уже эти продукты на Палладу. а Палладе из большей части поставленной органики выделяют водород и стравливают большую часть его через ЖРД в космос вместе с большей частью кислорода. Часть выделяющейсяв камерах сгорания энергии можно конвертировать в электричество.
Углерод идёт в основном на потребности местной металлургии или возвращается назад. Если не сделать Палладу спутником Цереры, то хотя бы перевести её орбиту в ту же плоскость, было бы неплохо.
В принципе на Палладе своя вода и  углерод есть, поэтому поставки кислорода и органических прекурсоров для производство водорода потребуются далеко не сразу. Сначала осушим Палладу, а ужо потом, ээх....

Ну а если вам нужно приращение скорости всего 2-3 км/с? Скажем, для перелетов в поясе астероидов?

Суровые астероидяне настолько суровы, что готовы потратить десятилетие на перелет Церера-Паллада?

ГМО и анабиоз.

Водород плюс ЯРД чем плох?

Трудностью хранения водорода

Водород поэтому имеет смысл использовать вначале пути весь. Разогнался и всё. А тормозить уже на другом горючем или рабочем теле. Заодно криогенный бак освободится под оранжерею или биореактор, отсек для хранения мусора или под жилой отсек.

Что бы  (опять, при соответствующем положении тел) добраться с Паллады на Цереру за пол года (182 дня) нужно стартовать на скорости 4.2 км/с. Это все ЖРД-шные скорости. Конечно у цели надо еще тормозить. Грубо удвойте. 8.4 км/с (не будем мелочится). Все равно это сравнимо с выходом на орбиту Земли. Но при этом вам не нужны чудовищные ускорения в 2-3g, так как никаких гравитационных ям.
В поясе астероидов даже для быстрых перелетов вам не нужны никакие чудо-двигатели. Все давно есть и даже доведены до совершенства (я думаю трехтопливные многоразовые ЖРД метан-водород-кислород с произвольным подбором подаваемых компонентов станут в итоге нормой).

Для экономии водорода на испарение или для экономии на массе теплоизоляции его криобаков неплохо бы быстро избавляться от него вскоре после заправки, то есть с максимальным ускорением безопасным для людей и прочих биологических объектов, неживых грузов и конструкции КА.

Кроме того, вряд ли люди будут в качестве основного маршрута колесить по астероидам. Основная биомасса человечества будет проживать на Земле и Марсе, а значит и прилетать-улетать будут туда.

Луна и Меркурий после решения проблемы лимита водорода, азота, инертных газов, углерода(на Луне).
Логика диктует, шо для освоения и колонизации Солнечной системы потребуется создание трансгенных людей.
Возле крупных или внутри крупных вполне могут быть колонии шахтёров и металлургов. Смысл колесить, если весь персонал рождается и обучается на месте? Колонии в астероидном поясе скорее всего будут мало отличаться друг от друга и копирование культурных артефактов Земли и других местообитаний человеческой расы, природных зон Земли будет распространено. Т.е. массовые полёты возможны в начале колонизации объекта или в результате массовой эммиграции с него(в результате истощения природных ресурсов или начала кометной бомбардировки(на Марсе и Венере)), большая часть населения появится там в результате репродукции( естественной или искусственной).

В-вторых у нас есть такая планета как Марс. До Марса добраться так же просто как и до Луны (мантры про обратное - ложь. многолетняя ложь врагов человечества). Создав базу на Марсе человечество получает доступ ко всему поясу астероидов.

Добраться таки да— проще, если исключить фактор времени и ГКЛ, так какая-никакая атмосфера есть там на Марсе, а на Луне тормозить можно только двигателями.
Но фактор времени увеличивает вероятность нештатных ситуаций во время перелёта, невозможность быстро получить консультацию по линии связи или дождаться спасателей.  База на Марсе в более уязвимом положении — экстренные поставки в течение  хотя бы месяца невозможны.
Создав базу на Марсе получаем доступ только к тем астероидам в поясе, до которых можем добраться раньше чем из системы Земля-Луна.

Ракета стартующая с Земли - это "минорет", башня, которая должна выдерживать 1.5-3g. П

А сопротивление атмосферы?

Разумеется все это недоступно если вы не используете атом стационарный. Привязанный к грунту небесного тела (добывающий там химическое топливо).
И только Титан и далее,  конечно,  без "крылатого" атома не осилить.

Не так уж много этого атома- урана и тория. Нет, этого мало, а термояд как источник энергии похоже невозможен вне бомбы, разве что как источник нейтронов для наработки ядерного топлива и т.д.

[Андрей Курилов]

И -180 С совсем не повод прятаться в герметичный скафандр.

Если бы там было 1 миллибар атмосферы - возможно, но т.к. там плотность атмосферы выше земной, то промерзать насквозь всё будет быстро, если не мгновенно. Смерть за секунды.
Одного герметичного скафандра, кстати, будет недостаточно. Нужно 2 вложенных скафандра с изолирующей прослойкой, как термос.
Титан - очень проблематичное место для колоний. Да и делать там нечего.

[Андрей Курилов]

Если не сделать Палладу спутником Цереры, то хотя бы перевести её орбиту в ту же плоскость, было бы неплохо.

Начинается. Сейчас придёт gans2 и вас за это покарает.

[gans2]

Сейчас придёт gans2

Если двигать Цереру к Марсу метановыми ли даже ядерными термодвигателями, то до Марса долетят только двигатели. А смена наклонения плоскости орбиты с Палладской на Церерскую это по ХС как бы не больше. И вот всё у этих мИчателей бредящих двиганьем астероидов так.

[leon10010]

Сейчас придёт gans2

Если двигать Цереру к Марсу метановыми ли даже ядерными термодвигателями, то до Марса долетят только двигатели. А смена наклонения плоскости орбиты с Палладской на Церерскую это по ХС как бы не больше. И вот всё у этих мИчателей бредящих двиганьем астероидов так.

Двигать будут. Тут и сомневаться нечего. Только уже не мы. И не наши правнуки.

[crazy_terraformer]

Сейчас придёт gans2

Если двигать Цереру к Марсу метановыми ли даже ядерными термодвигателями, то до Марса долетят только двигатели. А смена наклонения плоскости орбиты с Палладской на Церерскую это по ХС как бы не больше. И вот всё у этих мИчателей бредящих двиганьем астероидов так.

А рацпредложение внести? Таки я на паровую ракету бочку не качу, а хотся!
Использование ЭРД и солнечных электростанций.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%83%D1%81%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C

VASIMR, иногда рассматриваемый как электротепловой плазменный ускоритель (ЭПУ), использует радиоволны для ионизации рабочего тела с последующим разгоном полученной плазмы с помощью электромагнитного поля, для получения тяги.

Этот тип двигателя можно рассматривать как разновидность безэлектродного плазменного двигателя, отличающегося в способе ускорения плазмы; оба типа двигателя не имеют никаких электродов. Основное преимущество такого проекта состоит в исключении эрозии электродов. Более того, так как все части VASIMR защищены магнитным полем и не приходят в прямой контакт с плазмой, потенциальная продолжительность эксплуатации двигателя, построенного по такому проекту, гораздо выше ионного двигателя.

Изменяя количество энергии на радиоволновый разогрев и количество рабочего тела, из которого создаётся плазма, VASIMR способен как производить малую тягу с высоким удельным импульсом, так и относительно высокую тягу с низким удельным импульсом

. Скорость истечения 30-300 км/секунду.
Полагаю метод ионизации вещества можно сменить или дополнить. Побочным продуктом промышленных процессов на Палладе будет выступать кислород, его используем вместо инертных газов. Если на Палладе много воды, то превращать её в пар можно — грея в фокусированным солнечным излучением, либо электрическим бойлером.

[gans2]

Радиоволнами разогреваем пары и газы.

Нет не выполнимой работы...
Ну Вы в курсе.
Для нехимических двигателей встает вопрос утилизации тепла. Видите ли, выхлоп в химических и ядерных теплодвигателях играет роль холодильника. А для этих Ваших "Вазимиров" выхлоп слишком маломассивен. А тепла намного больше. Помнится один двигатель астероидов языком сломался, когда у термоядерного астероидного разгонника на 1 км\сек за год радиатор превысил размер 100 метрового разгоняемого астероида. ,
Но Вы- то не физик Вы мИчтатель... . Языком можно и Юпитер двигать.

[Андрей Курилов]

Помнится один двигатель астероидов языком сломался, когда у термоядерного астероидного разгонника на 1 км\сек за год радиатор превысил размер 100 метрового разгоняемого астероида

Но это если вы хотите быстро астероиды мигрировать.
А если медленно так, стратегичненько?

[Андрей Астрофизический]

Если у нас 1км/с за год - это "быстро".
А "медленно" - видимо на порядок(порядки?) медленнее?
То требуемые для обсуждаемых перелетов DeltaV будут достигаться десятилетиями и столетиями. В самом оптимально-наилучшем случае.
А что там на той Палладе такого архи-ценного, чтоб ради нее одной устраивать такую стройку веков?
Не...  планеты, астероиды - это недвижимость. Крутятся по своим орбитам, и пускай крутятся. Если где-то нашелся ценный для чего нибудь материал, то надо этот материал там и добывать, и его и возить. А не переть весь астероид целиком через систему.

[Андрей Курилов]

В плане двигать астероиды я недавно подумал о том, что можно Фобос и Деймос встретить на геостационарной орбите и слепить в 1 спутник (Фобос - поднять, Деймос - спустить, соответственно). И через этот Домос (или Феймос) проложить космический лифт, который будет намного проще сделать, чем на Земле. Тогда Марс стал бы одним из самых козырных и оживлённых мест в Солнечной Системе.

[gans2]

через этот Домос (или Феймос) проложить космический лифт

Ну Вы как дети с этим дебильным лифтом Кларка.
Ну "небесный крюк" же из Фобоса напрашивается. Там кевларный трос и просто цепляешь-отцепляешь.
https://pikabu.ru/story/lokalnoe_terraformirovanie_marsa_chast_vtoraya_pochemu_mars_6059733