Как побыстрее добраться до Марса и обратно к Земле

[Птыц]

Я тут на недельку завис, но с удовольствием Вам отвечу.

Птыц
По-моему все понятно но хочу узнать вот что:
Вы писали:

Ну и по закону сохранения энергии из скорости 29.151 км/с, которую РН дала объекту у поверхности Земли

но ведь это невозможно! Пока никакая ракета не смог развить такую огромную скорость-29.151 км/с! Ну максимум вроде 12 км/с но никак не можно 15, 20, 25 и тем более 29.151 км/с.......

Самая большая достигнутая скорость, если меня не обманули:
New Horizons was launched on January 19, 2006 directly into an Earth-and-solar-escape trajectory. It had an Earth-relative velocity of about 16.26 km/s.
Тогда это (16.26²+11.186²)^0.5=19.736 км/с при старте с Земли. Ну и еще 1.5 км/с для преодоления сопротивления атмосферы и "кривой" траектории. Так что уже почти 20 км/с.
Хотя на Солнце еще никто не упал.

Да, после выхода из сферы действия гравитационного поля Земли остается (11,2²-11.186²)^0,5=0,56 км/сек но ракета ведь ПОКИНЕТ Земли и уйдет к Солнцу....

Это куда вектор скорости будет направлен. Если по ходу Земли, то немножко в сторону Марса отлетит. Если против – то к Венере прижмется. Отлетит на 0.08 а.е. Кстати, 11.1862 км/с – это и есть вторая космическая скорость (относительно Земли).

Здесь вы написали как вычислять настолько уменьшиться скорость корабля после выхода из сферы действия гравитационного поля Земли (если речь идет о полете к Марсу). Но после выходя это скорость же продолжает еще уменьшаться не так ли?

Совершенно верно.
А вот если корабль полетит на Венеру, то скорость будет увеличиваться.

Ведь Марс же находиться далеко от Солнца чем Земля и следовательно Солнечная гравитация заставит корабля уменьшить скорость, вот как же вычислять настолько уменьшиться этот скорость? Для этого нужно использовать всю ту же формулу или как? 

Это тоже просто. Для любого тела (пренебрежимо малой массы), оборачивающегося вокруг Солнца по любой траектории скорость изменяется согласно уравнению \(V=\sqrt{(GM)(2/R−1/a)}\), где R – текущее расстояние от тела до Солнца, a – большая полуось орбиты, M – масса Солнца. (Собственно, это следствие законов сохранения.) Для гомановской траектории большая полуось орбиты равна полусумме радиусов орбит планет.
 

Значит при Гомановской траектории НЕ нужно что корабль развил вторую космическую скорость для того чтоб достичь например Луну. Вполне хватит иметь скорость больше чем первая космическая скорость, в этом случае орбита корабля вокруг Земли будет не круг а эллипс и если этот эллипс будет достаточно вытянутым чтоб апогея была ЗА нейтральной точкой (там где Земная и Лунная притяжение равны) то тогда когда корабль будет в апогее, он будет падать на Луну, все верно?

Почти. Только корабль не будет падать из апогея. Он же скорость имеет.
Но скорость может быть меньше 2-ой космической. Достаточно 11.09 км/с на уровне Земли (вместо 11.186 км/с второй космической). Только тормозится у Луны все равно придется.
 

Между прочим я в эти дни прочитал про двигателе VASIMR и там было сказано что с его помощью можно достичь Марса за 39 дней. Это наверно не самый короткий срок а самый оптимальный, ибо если даже мы сможем развить скорость скажем 500 км/сек для Марсианского полета то ведь больше времени (и топливо) понадобиться для торможение перед входом в Марсианскую атмосферу, верно? Значит высокие скорости-это не панацея

Не панацея, вы абсолютно правы. На параболической скорости время до Марса – 70 суток. А вот теперь представьте, что двигатель откажет .

Значит твердотопливная ракета нам нужна   

Твердотопливная ракета тоже ряд недостатков. Кроме низкой удельной скорости, "расслоение" топлива.

P.S. Если слишком кратко – пишите.

[Крупин]

параллельный вопрос.
Существует ли стабильная пассивная траектория-орбита от Земли к Марсу? без разгона и торможения, повесить и пусть летает отсюда туда, потом дальше и обратно к Земле. Возмущения Земли и Марса учитываются

А это можно-без разгона и торможения? 

     Для случая Марса и Земли такой траектории быть не может, поскольку их периоды обращения несоизмеримы (не находятся в орбитальном резонансе). Если же планеты в орбитальном резонансе, как например Венера и Земля (за 8 земных лет Венера обращается практически точно 13 раз) можно выбрать орбиту соизмеримую с обоими планетами. Для случая Земли и Венеры, например, эллипс с афелием на земной и перигелием на венерианской орбитах будет такой траекторией(каждый десятый его оборот быдет результативным). Об этом в теме https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,16950.0/all.html

траектория совсем не обязательно должна быть эллипсом от орбит Земли до Марса.
я предполагал что она проскакивает дальше. и надо учитывать коррекцию от гравитационного поля обеих планет.

   Ну тогда, пожалуй наилучшим приближением будет такая схема:
Период обращения Марса составляет 1,88 земного года. Это приблизительно 15/8. Проектируем магистральный лайнер (такого же примерно типа, как для Венеры в теме https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,16950.0/all.html ) так, чтобы он каждые 15 лет возвращался к Земле. Тогда за это время он должен сделать число оборотов от 9 до 14. Пожалуй, наилучшим будет 11 оборотов.
   Окончательно схема такова: Запускаем челночный лайнер, который за 15 земных лет оборачивается 11 раз. Подгадываем его траекторию так, чтобы он в первый же оборот приблизился к Марсу и высадил десант. Через 15 лет цикл повторяется. Для возврата используется другой челнок.
   Разумеется, такого идеала, как для Венеры, не получится. Периоды челнока, земли и Марса будут не совсем соизмеримы и траекторию челнока надо будет посстоянно постепенно сдвигать   экономичными двигателями малой тяги и гравитацией Земли и Марса. Траектория челнока не будет гомановской. Но, в принципе, такая схема реализуема.

[armadillo]

ок это вариант 1.

теперь считаем непримемлемым использование лайнера раз в 15 лет.

значит траектория должны СИЛЬНО корректироваться притяжением Земли и Марса - пролетом то с одной, то с другой стороны.

[Крупин]

ок это вариант 1.

теперь считаем непримемлемым использование лайнера раз в 15 лет.

значит траектория должны СИЛЬНО корректироваться притяжением Земли и Марса - пролетом то с одной, то с другой стороны.

      Ну, если раз в 15 лет Вас не устраивает, тогда вся эта схема неприемлема. Тогда остаётся каждый раз разгонять-тормозить. Но, по моему, срок раз в 15 лет для начала более чем приемлем - сейчас и однократно слетать не могут. Если же дело когда-то дойдёт до глобальной колонизации Марса, то нужно запустить 7 таких лайнеров. Почему 7? Длагоприятные условия для марсианского полёта повторяются несколько реже чем 2 года. 15 делённое на это 2 с чем-то и даёт 7 (практически). Столько же нужно съёмных лайнеров для полного использования всех благоприятных моментов.

[armadillo]

ресурс. все-таки стоит рассмотреть траекторию, которая при пролете мимо планеты изменяется на более короткую.

[Крупин]

ресурс. все-таки стоит рассмотреть траекторию, которая при пролете мимо планеты изменяется на более короткую.

      Да нет, наверное, более рациональную схему  (если рассматривать очень длительную эксплуатацию) не придумаешь. Конечно, если полёт однократный или их всего два-три, городить огород не стоит. Но, допустим, наладили регулярное сообщение по обычной схеме. Т.е. марсианский корабль собирается на околоземной орбите, в надлежащее время разгоняется, достигая Марса тормозится, выходя на околомарсианскую орбиту, затем по прошествии некоторого времени опять разгоняется, у Земли тормозится, крутится на околоземной орбите до следующего рейса. Всё просто и нужен всего один корабль. Но к нему уйма топлива на каждый рейс. И из-за этого этот корабль не может быть слишком большим, а следовательно, комфортным.
     В случае челночной схемы стартовать (и не с околоземной орбиты, а непосредственно с Земли) будет небольшая шлюпка, причаливающая к лайнеру. Поскольку он будет двигаться почти по инерции, почти не расходуя топлива, его можно сделать большим, и делать это постепенно, добавляя по отсеку раз в 15 лет. А в космосе он может крутиться тысячелетиями. И за этот период совершенно превзойти одноразовую схему из-за мизерного в сравнении с ней расхода топлива.
     Конечно, это прожекты на уровне современных технологий. В будущем всё может повернуться как угодно. Скажем, Жюль Верн, фантазируя о Наутилусе капитана Немо, не мог предполагать об открытии атомной энергии. Возможно, в будущем топливная проблема станет совершенно неактуальной.

[armadillo]

я именно о таком варианте и говорю. Но ресурс жизнеобеспечения не может быть 1000 или даже лет.
нужно использование в разы чаще.

[Крупин]

я именно о таком варианте и говорю. Но ресурс жизнеобеспечения не может быть 1000 или даже лет.
нужно использование в разы чаще.

     Ну почему же не может? Космос, во-первых, среда не коррозионная. Во-вторых, материалы высококачественные. И в-третьих, если лайнер можно инструментально оснастить по последнему слову техники. А персонал, который летит на Марс и возвращается с Марса - специалисты высочайшей квалификации. И в период перелёта они с пользой и удовольствием поработают над ремонтом и реконструкцией корабля. Конечно, приборы, инвентарь, мебель будут стареть быстрее морально, чем физически. Но её можно пустить в переплавку на что-то полезное или, самое простое, сооружать из этого переплавленного металлолома дополнительные защитные экраны.

[armadillo]

(устало) если стоит задача что-то сделать/вычислить, то это не означает что кто-то задавал вопрос как найти отмазы чтобы этого не делать. итак вся страна такая.
не хочешь считать/ обсуждать - не надо, но не затыкай тему "не очень-то и хотелось"

[Крупин]

(устало) если стоит задача что-то сделать/вычислить, то это не означает что кто-то задавал вопрос как найти отмазы чтобы этого не делать. итак вся страна такая.
не хочешь считать/ обсуждать - не надо, но не затыкай тему "не очень-то и хотелось"

    То, что Вы хотите, заведомо нереализуемо. И, соответственно, ответов Вы не дождётесь.

[armadillo]

в этом я не уверен.

[MARS9]

Птыц

19.736 км/с при старте с Земли

Чересчур интересно как же инженеры смогли создать такую ракету которая развила скорость 19 км/с? Там наверно доля топлива была 99 % 

Кстати, 11.1862 км/с - это и есть вторая космическая скорость (относительно Земли)

Если не ошибаюсь это для уровни моря  кстати давно интересовало и здесь спрошу вас-Вторая Космическая скорость на определенном высоте всегда 1,4 раз (точнее эта число равен квадратному корня из два) больше чем Первая Космическая скорость, верно? Если так то если я знаю на данном высоте значение для Первой Космической скорости то я его умножу 1.4 раз и получу значение Второй Космической скорости, верно? 

На параболической скорости время до Марса - 70 суток

Это и есть самая оптимальный срок для полеты на Марс? То есть когда можно израсходовать минимальное количество топлива и энергии для торможении когда корабль приближается к Марсу? Или это что-то другой срок? 

Твердотопливная ракета тоже ряд недостатков. Кроме низкой удельной скорости, "расслоение" топлива.

Но все-таки он гордиться для того чтоб стартовать из поверхности Марса? Я читал что скорость истечение продуктов сгорания для такой ракеты равен 3 км/сек, и это не малая величина!

"расслоение" топлива

Будем надеется что в течении 2-3 месяцев он не будет портится до того как корабль достигнет Марса 

[Птыц]

Птыц

19.736 км/с при старте с Земли

Чересчур интересно как же инженеры смогли создать такую ракету которая развила скорость 19 км/с? Там наверно доля топлива была 99 % 

Это была многоступенчатая ракета. Так что никаких 99%. Причем самая обычная. Хотя потрудиться пришлось. Ссылка.
Свободное изложение: С советской точки зрения – это трехступенчатая ракета. Первая ступень – твердотопливные ускорители. От 0 до 5-ти. Кстати, это был единственный запуск с пятью твердотопливными ускорителями.  Вторая ступень – керосин и кислород на нашем движке РД-180. Ступень увеличенного диаметра – 5.4 м (второй вариант – 4.0 м). Третья ступень – от Центавра, двигатель RL 10-A на водороде и кислороде.
Кроме того, это был единственный запуск Атлас V с дополнительной 4-ой ступенью. 4-я ступень – Star 48B (твердотопливный двигатель).

Птыц

Кстати, 11.1862 км/с - это и есть вторая космическая скорость (относительно Земли)

Если не ошибаюсь это для уровни моря  кстати давно интересовало и здесь спрошу вас-Вторая Космическая скорость на определенном высоте всегда 1,4 раз (точнее эта число равен квадратному корня из два) больше чем Первая Космическая скорость, верно? Если так то если я знаю на данном высоте значение для Первой Космической скорости то я его умножу 1.4 раз и получу значение Второй Космической скорости, верно? 

Совершенно верно. Вторая космическая всегда в \(\sqrt{2}\) больше первой космической

Птыц

На параболической скорости время до Марса - 70 суток

Это и есть самая оптимальный срок для полеты на Марс? То есть когда можно израсходовать минимальное количество топлива и энергии для торможении когда корабль приближается к Марсу? Или это что-то другой срок? 

Минимальное количество топлива расходуется на гомановской траектории. Гомановская траектория – это эллипс, вписанный между орбитами планет. Любая другая траектория требует больших энергетических затрат. Но позволяет достичь цели полета раньше. Параболическая траектория (относительно Солнца) – это траектория при которой можно уйти из солнечной системы (с минимальной скоростью).

Птыц

Твердотопливная ракета тоже ряд недостатков. Кроме низкой удельной скорости, "расслоение" топлива.

Но все-таки он гордиться для того чтоб стартовать из поверхности Марса?

Сгодится. Такие двигатели используются на современных американских баллистических ракетах. И ничего. Хотя их никто не запускал после посадки с ускорением 10g.

[MARS9]

Птыц

Сгодится. Такие двигатели используются на современных американских баллистических ракетах. И ничего. Хотя их никто не запускал после посадки с ускорением 10g

Если я правильно понял проблема в том что твердотопливные ракеты работают быстрее и следовательно ускорение.перегрузка слишком велика, верно? Значит тот космонавт который захочет стартовать с поверхности Марса с таким двигателем должен вынести перегрузку не 3-4 g как обычно, а больше......

[Крупин]

      Но американцы стартуют с Земли на тех же твердотопливных ускорителях и ничего выносят. Опять же, можно сделать твердотопливную ракету и с пониженной тягой - условия старта с Марса менее напряжные - гравитация втрое меньше. А в общем, да, твердотопливные ракеты обеспечивают большее ускорение за счёт того, что горение идёт по всей поверхности порохового канала, а не на самом торце, как в жидкостной ракете.

[armadillo]

бред.
РДТТ проектируется на любую тягу. просто для МБР чем больше ускорение тем лучше.
хотите снизить перегрузку при том же разгоннике  - увеличьте массу 

[MARS9]

Крупин

Но американцы стартуют с Земли на тех же твердотопливных ускорителях и ничего выносят

У них еще и жидкостные двигатели 

гравитация втрое меньше

По-моему вдвое.....

armadillo

хотите снизить перегрузку при том же разгоннике  - увеличьте массу

Да но тогда де конечная скорость меньше выходит?

[Крупин]

Крупин

Но американцы стартуют с Земли на тех же твердотопливных ускорителях и ничего выносят

У них еще и жидкостные двигатели 
 

     Я, вообще-то, не крутой специалист по ракетам. Но Шаттлы, например, запускаются на твердотопливных ускорителях - это первая ступень. Они далее отстёгиваются и включается жидкостный двигатель второй ступени.

хотите снизить перегрузку при том же разгоннике  - увеличьте массу

Да но тогда де конечная скорость меньше выходит?

     Нет, ненамного.  Просто твердотопливную макаронину надо сделать короче, но толще, чтобы горела дольше. Конечная скорость будет почти такой же, хотя она тем выше, чем быстрее  эта сигарета сгорает.

[Птыц]

Птыц

Сгодится. Такие двигатели используются на современных американских баллистических ракетах. И ничего. Хотя их никто не запускал после посадки с ускорением 10g

Если я правильно понял проблема в том что твердотопливные ракеты работают быстрее и следовательно ускорение.перегрузка слишком велика, верно? Значит тот космонавт который захочет стартовать с поверхности Марса с таким двигателем должен вынести перегрузку не 3-4 g как обычно, а больше......

Нет. Я имел в виду совсем другое.
Нам же сначала надо посадить ракету на Марс. И сажать мы ее будем вынуждены аэродинамическим торможением. Так как лишнего топлива у нас нет. При этом ракета будет испытывать большие перегрузки. Любая ракета, хоть жидкостная, хоть твердотопливная.
Останется ли она годной для последующего запуска после торможения с ускорением 10g, и сколько инженерных проблем надо решить для этого – я не знаю.
У нас (на Земле) есть опыт использования малогабаритных твердотопливных ракет после таких ускорений (например при посадке КК Союз, активно-реактивные снаряды). Никакого опыта при посадке больших ракет у нас нет.

[Птыц]

Но Шаттлы, например, запускаются на твердотопливных ускорителях - это первая ступень. Они далее отстёгиваются и включается жидкостный двигатель второй ступени.

ЖРД включаются вместе с твердотопливными ускорителями. Точнее, на 6.6 с раньше их. См., например, здесь.