Тактика космической экспансии.

[FRIM@N]

триста раз уже повторял, в том числе и в этой теме - отсутствие ночи и зимы около астероида с лихвой окупает большее расстояние до Солнца
посмотрите на эту картинку и поймите, наконец, где проходит линия, соответствующая условиям около астероида ~200Вт/м²
Средиземное море? Казахстан? Южная Австралия? - там везде так мало Солнца для солнечных батарей? нет, они в таких местах даже успешно используются

Днем поток составляет порядка 1кВт на 1м²

Поток солнечного излучения, проходящий через площадку в 1 м², расположенную перпендикулярно потоку излучения на расстоянии одной астрономической единицы от центра Солнца (на входе в атмосферу Земли), равен 1367 Вт/м² (солнечная постоянная). Из-за поглощения, при прохождении атмосферной массы Земли, максимальный поток солнечного излучения на уровне моря (на Экваторе) — 1020 Вт/м².

Плюс еще такой вопрос, кто может дать ссылку на распределение солнечного излучения в поясе астеройдов и вес 1м² солнечной панели на МКС в идеале с техническими характеристиками. Хотелось бы подсчитать массу, учитывая так же КПД применяемых элементов в 15-18%. 

[bob]

Плюс еще такой вопрос, кто может дать ссылку на распределение солнечного излучения в поясе астеройдов

А зачем ссылка? Квадрат расстояния. Освещённость ниже почти на порядок. На экваторе, при нормальном падении потока - как на Земле в туманный ноябрьский день, примерно.

[FRIM@N]

Подсчитал, получилось у меня в лучшем слкчае 150Вт на 1 м².
Далее стал гуглить какие солнечные батареи используются в космосе

Долгоживущие телекоммуникационные спутники или межпланетные станции обычно оснащают солнечными батареями. Каждый квадратный метр на орбите Земли получает от Солнца излучение общей мощностью 1,3 кВт. Это так называемая солнечная постоянная. Современные фотоэлементы преобразуют в электричество 15—20% этой энергии.

Масса такой батареи которая может выработать 1кВт составляет в среднем 20кг. такой большой вес связан с применением защитного покрытия. В космосе под действием космической радиации полупроводниковые элементы деградируют. В связи с чем приходится применять дополнительные меры защиты.

Поток протонов малых энергий ( Е > 100кэВ ) на геостационарной орбите равен 5,4*10-11 см-2*сутки-1. Именно их воздействием объясняется быстрая деградация СБ спутников INTELSAT F4 и ATS-1, аналогичная той, которую наблюдали на лабораторных ФП, поверхность которых была не полностью защищена покрытием от влияния радиационных частиц. Поэтому в настоящее время некоторые участки поверхности ФП покрывает защитным составом. Уменьшение воздействие частиц низких энергий обеспечивается и защитными стеклами из плавленого кварца и аналогичных им материалов.
Оптимальная толщина стекол находится в пределах 0,15…0,3 мм, хотя допускаются и облегченные варианты. Например, на канадском спутнике связи CTS использованы гибкие разворачиваемые панели фирмы АЕГ Телефункен (ФРГ) с защитным покрытием из стекол с церием толщены 100 мкм. В этом случае была отмечена несколько большая деградация СБ.

В итоге имеем массу панелей СБ при мощности 20МВт и плотности светового потока 150вт 3600тонн.

[bob]

Подсчитал, получилось у меня в лучшем слкчае 150Вт на 1 м².

Где-то так.

В итоге имеем массу панелей СБ при мощности 20МВт и плотности светового потока 150вт 3600тонн.

Если Вы насчёт попытки запустить маршевый электроракетный двигатель от солнечных батарей, то можно было и не считать. Это солнечный парус, но толстый, тяжёлый, и с низким к.п.д. Преобразование энергии является лишним и приводит только к потерям. Сам по себе парус - штука не жизненная, а тут ещё дополнительные сложности навешиваются.

[vsevolodson]

Подсчитал, получилось у меня в лучшем слкчае 150Вт на 1 м².

в пути - от 1370 до 300..120 у конечной остановки
вы натягиваете оценку похоже? как-то не очень добросовестно

солнечные батареи не очень эффективны
большей эффективности можно добиться с помощью параболоцентрических коллекторов да ещё и при меньшей массе

[FRIM@N]

Ну так и масса ядерного реактора получается запредельной. Даже можно сказать не самого реактора, а генератора и системы охлаждения, на которую будет приходиться львинная доля веса.
Плюс питание самих двигателей. Согласно этой  информации  преобразователь для питания ЭРД имеет соотношение вес /мощность 4.5кг/кВт. Плюс его тоже придется охлаждать.

[bob]

Мы зря ориентируемся на скорость и удельный импульс. На самом деле достаточно иметь пакет из нескольких "космических" реакторов по четыре тонны, как по ссылке, и вполне терпимых по размеру радиаторов к ним. Важна не "скороподъёмность", а скорость истечения и снижение массы рабочего тела относительно термохимического двигателя в десятки раз. Двигатель малой тяги выигрывает на больших дистанциях за счёт постоянной работы. Толкает он слабо, но долго.

[bob]

Несколько слов насчёт того, почему космические месторождения могут оказаться не по зубам горнопроходческой технике. Вот мы облюбовали астероид, практически целиком состоящий из железоникелевого сплава. Или комету из рыхлого льда и силикатов. Или такую же скалу на Луне или Марсе. Весят они десятки или сотни тысяч тонн. Транспортировка их целиком невозможна всеми энергоресурсами Земли, а не то что силами подошедшей к ним ракеты. Что с ними делать? На Земле поступили бы следующим образом: монолит бы взорвали, и дроблёный материал загребли проходческим комбайном, роторным экскаватором. Беда в том, что всё это требует наличия высокой гравитации и атмосферы. На Луне или Марсе продукты взрыва разлетятся на десятки километров с исходной скоростью, без замедления и осаждения осколков. В открытом космосе они разлетятся на бесконечные расстояния. В первом случае мы будем собирать куски по пустыне всю жизнь. Во втором - бесконечное время. Добытые куски тоже не захотят складываться в бункер комбайна (присосками их что-ли ловить?). Так что вопрос, как отрезать кусок от готового склада ресурсов, весьма нетривиален. Можно - электроплазменной горелкой (заранее удерживая какой-нибудь присоской). Но работающий от солнечных батарей автоген будет пилить килограмм породы несколько месяцев. Что делать?

P.S. Так что пока мы предполагали, что достаточно долететь, найти богатые залежи, а там всё как-нибудь образуется. А как? Вот мы висим над открытым источником ресурсов или стоим прямо на нём. А как его взять? Только зубы щёлкают и слюнки текут.
Так что земной "геологический метод", сводящийся к закладке динамита в шурф и подрыву, благодаря которому добыча ресурсов вообще возможна, в космосе не работает.

[bob]

Единственная мысль -это автоматические отбойные молотки и взрывы микрозарядов под закрытой камерой, которая и трансформируется потом в контейнер с готовой продукцией. Создать земные условия разработки, но игрушечные, в миниатюре.

[ivanij]

 Про бурение астероида есть статья в № 11 журнала Популярная механика.

Скачать можно здесь:

http://journal.knigka.info/2010/10/19/populjarnaja-mekhanika-11-nojabr-2010.html

[FRIM@N]

Мы зря ориентируемся на скорость и удельный импульс. На самом деле достаточно иметь пакет из нескольких "космических" реакторов по четыре тонны, как по ссылке, и вполне терпимых по размеру радиаторов к ним. Важна не "скороподъёмность", а скорость истечения и снижение массы рабочего тела относительно термохимического двигателя в десятки раз. Двигатель малой тяги выигрывает на больших дистанциях за счёт постоянной работы. Толкает он слабо, но долго.

Хорошо, а сколько мы на этих "мелких" движках будем лететь до пояса астероидов? Масса комплекса будет более чем прилична. Возмем в качестве примера МКС. Ее вес на данный момент если я не ошибаюсь составляет порядка 300т. В полной комплектации она должна весить 450т. Мощность, поставляемая от солнечных батарей, когда будут установленны все панели, порядка 100кВт. На этой станции могут жить несколько человек. Автономность, ну не знаю, наверное несколько месяцев без пополнения запасов с земли. На станции нет горнодобывающего оборудования, печей для переплавки и многих прочих вещей которые нужны для добычи полезных ископаемых и их последующей переработки. Если это добавить к МКС то мы почти получим то о чем говорится в этом топике, автономную станцию которая может теоретически долететь и на месте что то добывать и перерабатывать. Масса при этом возрастет еще на энную величину, плюс еще запасы кислорода и пищи на время пути.
В итоге получается такой вес что доставить это все к месту назначения за приемлемое время, к примеру три года не представляется возможным.
Плюс я еще сейчас посмотрел потребляемую мощность печей для выплавки стали. Довольно мелкая http://www.toledo.su/part2/dugovaya-pech-15/ емкостью 1.5т потребляет 1,6МВт электроэнергии. Так что все равно, или вести с собой ядерный реактор, или строить на месте поля солнечных батарей. А у них тоже масса не маленькая для транспортировки. Если подсчитать то для питания одной такой печи потребуется поле солнечных батарей массой 288т.

[bob]

Хорошо, а сколько мы на этих "мелких" движках будем лететь до пояса астероидов?

С годик. А что нам мешает? Летим себе и летим. Гравитацию и радиационную защиту мы у себя сделали, тюбиков и кубиков набрали. Мы выше заложили обитаемых помещений с трёшку МКС. Спешить, вроде, некуда. Скукотища, конечно, но мы же типа люди проверенные, без клаустрофобии и без аутизма.

[bob]

Про бурение астероида есть статья в № 11 журнала Популярная механика.

Скачать можно здесь:

Спасибо.
Да, с бурением и прочим сверлением проблемы там есть, но они, как выяснилось, решаемые.

[FRIM@N]

Хорошо, а сколько мы на этих "мелких" движках будем лететь до пояса астероидов?

С годик. А что нам мешает?

А если подсчитать в цифрах? Массу станции возмем в 2000т думаю это минимум. Мощность реакторов 40кВт в номинале, то есть продолжительная работа. Итого 160кВт. Какую тягу могут развить двигатели при такой мощности? Добавляем двигатели и считаем время прибытия. Плюс надо еще учитывать траекторию, по прямой полететь не получится и как то тормозиться на месте.

[vsevolodson]

эээ, не, в условии темы у нас 800 тонн и год на перелёт от Земли до астероида

[FRIM@N]

Маловато 800 тонн конечно, сомневаюсь что можно уложиться в эту цифру но спорить не буду.
И так, я не силен в расчетах да и ошибиться могу. Возможно ли на 140кВт долететь за год? Сколько современные ЭРД разовьют тяги на такой мощности?

[bob]

А если подсчитать в цифрах? Массу станции возмем в 2000т думаю это минимум. Мощность реакторов 40кВт в номинале, то есть продолжительная работа. Итого 160кВт. Какую тягу могут развить двигатели при такой мощности? Добавляем двигатели и считаем время прибытия. Плюс надо еще учитывать траекторию, по прямой полететь не получится и как то тормозиться на месте.

Общую массу мы выше оценили в 800 тонн, длина около сотни метров. Восьми-пусковая схема по сто тонн за пуск. Обитаемых помещений - три блока по сто тонн. Реакторный блок сейчас наберём в конфигураторе по прайсам:
При желании можно набрать пакет из отечественных аналогов. Они весьма легки и компактны, но менее мощны.
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AF%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80%D1%8B_%D0%BD%D0%B0_%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D1%85_%D0%B0%D0%BF%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%B0%D1%85
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=995
http://energyua.com/2007/07/02/863.html
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/301/39.shtml
http://www.buran.ru/htm/gud%2026.htm
http://kuasar.narod.ru/ideas/nuclear-jets/
http://habrahabr.ru/blogs/popular_science/73681/

Ну, не будем столь патриотичны и возьмём для мощности и горячего резервирования на случай отказа 4 американских "Гипериона" по ссылке Höðr:
http://ru.wikipedia.org/wiki/Hyperion_%D0%90%D0%AD%D0%A1
Мощность тепловая — около 75 мегаватт, электрическая — около 25-27 мегаватт. Топливо — металлический уран, обогащенный изотопом U-235. Вес — 18-20 тонн. Диаметр — около 1,5 м. Ориентировочная цена — $25 миллионов за штуку.

Реакторный блок получился мощностью 100 мегаватт, весом в 80 тонн. Как раз на один пуск "Руси-М", даже запас в двадцать тонн остаётся. Ресурс - десяток лет.

Берём ионный двигатель:
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C
Например от "Прометея":
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B5%D0%B9_(%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B0)
"...Требуемая мощность реактора 250 киловатт. Ионный двигатель... на базе "Смарт-1"... будет развивать тягу порядка 60 грамм". Планируют 8 двигателей. Полкило тяги, скорость 90 км/с.
Наша бандура, таким образом, может нести 400 таких двигателей. Естественно, их надо будет сделать помощнее, чем Смарт, и меньше числом. Тяга 24 кг.
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B0%D0%BA%D0%B5%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C
http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/095/810.htm
"...Мощность, необходимая для создания единицы тяги ракетного двигателя (без учёта потерь), определяется формулой:
P=I/2
Здесь P — удельная мощность (ватт/ньютон тяги); I — удельный импульс (м/c).
Таким образом, чем выше удельный импульс, тем меньше требуется вещества, и больше — энергии, для создания единицы тяги."

http://lib.rus.ec/b/172618/read

"Зависимость при постоянной скорости истечения, описывается уравнением Циолковского vx = vи ln(1 + z), где z — число Циолковского, равное отношению массы рабочего тела, запасенного на борту ракеты, к массе «пустой» ракеты (включающей массу полезного груза, двигателя и конструкции)."
В нашем случае z = 1, vи = 200 км/с. В общем, если гнать десять лет по прямой, получится где-то 160 км/с. На практике, где-то в пределе 30-40, так как мы собираемся вернуться.

Напомню, что ЯРД мы брали не для скоростных рекордов, а для снижения числа пусков РН. Так что полёт будет проходить не намного быстрее средней АМС, но кораблик будет раз в десять полегче, чем на ЖРД. Основная функция ЯРД - это экономия полётной массы, а вовсе не достижение высоких скоростей. 

[bob]

Кстати, мы наваяли корабль с уж очень большим запасом. Вот, собственно, всё оборудование для переработки: меньше десяти тонн в сумме:
http://induktor.ru/produktsiya/prod10.html
http://www.ardos.com/doc.php?id=1:cast_cm_mnf01
http://www.tbs-semi.ru/companies/evatec/BAK761.html
http://patent.ucoz.ru/news/novyj_katalizator_vydeljaet_vodorod_iz_morskoj_vody/2010-04-29-156
http://ecotuning.com.ua/statiya.php
Тем более всё это в промышленном варианте с тяжёлыми станинами, кожухами, которые в нашем случае полезно слить.
Всё оборудование, вместе с парочкой комбайнов, солнечных энергостанций и  подвижным ретранслятором связи можно впихнуть в один модуль даже тонн на 50.
Так что вместо ста мегаватт возьмём два реактора по 25. На сами реакторы, генератор и радиаторы уйдёт всего один модуль 100т.
В общем, массу корабля можно смело сократить наполовину. 400 тонн, четыре пуска "Руси" и блока маршевых ионных моторов на 12 кг тяги - с головой хватит.
Программу можно уложить в десять пусков тяжёлых РН. Это уже порядка одной лунной программы. Два пуска РН с АМС, восемь - с компонентами двух кораблей. А то я никак не понимал, откуда столько берётся. Королёв собирался лететь на Марс с жидкостными двигателями по четырёхпусковой схеме на Н-1. А у нас аналогичная задача, да ещё с ядерным двигателем, в восемь пусков на одно изделие получилась. Кроме того, мы садиться не собирались. Мы слишком размахнулись с массой лабораторного блока, оценив его аж в две МКС.

[bob]

По поводу "Русь-МСТ"
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D1%83%D1%81%D1%8C-%D0%9C_(%D1%80%D0%B0%D0%BA%D0%B5%D1%82%D0%B0-%D0%BD%D0%BE%D1%81%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C)
http://www.rian.ru/science/20100126/206375192.html
http://nvo.ng.ru/concepts/2009-07-31/11_rus.html
http://news.km.ru/proektirovanie_rakety-nositelya_
http://rniikp.ru/ru/news/index/20100127_4.htm
Всё очень гипотетично. В 2015 году обещают первый пробный пуск двухступенчатого варианта "Руси". Даже не на 23 тонны. Всё остальное, похоже, пурга. МСТ - это мечты её разработчиков на неопределённый срок.
Так что выбор между "Энергией-Вулканом" и "Русью" вполне актуален. Первая летала и под неё есть старт. Вторая в виде эскизного проекта под старт с несуществующего космодрома, который тоже присутствует в виде вороха бумаги. Неизвестно, что проще: поднять готовую документацию и железо или довести новую до железа. Судьба "Булавы" уж очень печальна. Как бы с "Русью" того же не вышло.

[zenixt]

лучше тороидальный тоннель или внутренние камеры

Лучше цилиндрический тоннель диаметром 100-500 метров, по типу поселений О'Нила. Первоначально шириной метров 5. Потом можно наращивать. Уже давно просчитал, если хотите, приведу выкладки.
 Что касается морской болезни. То побочные эффекты ощутимы при диаметре бублика 10 метров, может чуть поболее.