Тактика космической экспансии.

[zenixt]

вовсе нет, в астероидах типа "С" содержится около 10% воды по массе, а также есть органика (основная масса - углеродистый хондрит)

К примеру

При диаметре около 950 км (590 миль), Церера на сегодняшний день является крупнейшим и наиболее массивным телом в поясе астероидов, и содержит почти треть (32%) общей массы пояса. Недавние наблюдения показали, что она имеет сферическую форму, в отличие от большинства малых тел, имеющих из-за низкой гравитации неправильную форму. Поверхности Цереры, вероятно, представляет собой смесь водяного льда и различных гидратированных минералов, таких как карбонаты и глины. Церера, как предполагается, имеет каменное ядро и ледяную мантию, и даже возможно содержит местами океаны жидкой воды под своей поверхностью.

здесь
 Жидкой воды 100% нет.

[bob]

жидкой воды 100% нет

Вы не внимательно читали ссылку.
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B5%D1%80%D0%B5%D1%80%D0%B0_(%D0%BA%D0%B0%D1%80%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B0)#.D0.94.D0.B0.D0.BB.D1.8C.D0.BD.D0.B5.D0.B9.D1.88.D0.B8.D0.B5_.D0.B8.D1.81.D1.81.D0.BB.D0.B5.D0.B4.D0.BE.D0.B2.D0.B0.D0.BD.D0.B8.D1.8F
"...Поверхность Цереры, вероятно, представляет собой смесь водяного льда и различных гидратированных минералов, таких как карбонаты и глины. Церера, как предполагается, имеет каменное ядро и ледяную мантию, и даже возможно содержит местами океаны жидкой воды под своей поверхностью.
Таким образом сформировалось каменное ядро и мантия из водяного льда. Судя по низкой плотности Цереры, она содержит значительное количество льда, до 20—30 % по массе, что эквивалентно ледяной мантии толщиной 60—100 км/ По всей видимости, значительная часть поверхности и сейчас покрыта льдом или некой разновидностью ледяного реголита..."
Так что может быть и жидкая вода, но на больших глубинах. Церера находится сразу за ледяной линией и в подповерхностных слоях может содержать даже жидкую воду. Как Европа или Каллисто, которым она, во многом, подобна по составу. В общем, всё это классические реликтовые планетезимали. Важно также то, что на ней предполагают глины, а значит - алюминий, которого в мелких астероидах может не найтись. Минус Цереры тот же, что и у Луны. Она обладает заметной, пусть и ничтожной, гравитацией порядка нескольких сотых долей джи. К ней нельзя причалить, на неё нужно садиться, что очень плохо по техническим соображениям (она не доступна для разработки ресурсов силами пролётной беспосадочной миссии). Есть ещё один минус. Если на Луне влажность поверхностных слоёв порядка самых сухих земных пустынь, то на Церере льда много (она перспективнее Луны с точки зрения самообеспечения колонии водой и кислородно-водородной смесью). Но, с большой степенью вероятности лёд покрыт толстым слоем силикатных отложений. И непосредственно доступен только в кратерах (как на Каллисто). Светлые пятна на фотографиях "Хаббла" (как и на фотографиях Каллисто, сделанных "Вояджером") как раз отождествляют с ударными кратерами, вскрывшими ледяную основу под силикатными отложениями.
То же касается многих короткопериодических комет. И может представлять большую трудность при освоениии их ресурсов. Deep Impact уже исследует очередную, и картина одна и та же: такие кометы уже сильно "выпаренные" и представляют собой ледяные ядра под силикатной корой, сквозь которую бьют гейзеры. Причалив к такой комете можно не добраться до её ледяных запасов. А пытаясь пробить кору импактором, можно спровоцировать "вспышку", взрыв кометы изнутри с релаксацией накопившихся напряжений, о чём я уже выше писал. Более или менее чистые от наносов только долгопериодические кометы, у которых лёд начинается на поверхности.

[bob]

Более точно мы это скоро узнаем. Миссия Ceres уже на подлёте.

[vsevolodson]

Немного небесной механики, которую ещё не обсуждали.
Сначала нам потребуется перейти с низкой земной орбиты на солнечную (т.е. отрыв от нашей планеты), для этого потребуется увеличить скорость с первой космической до второй, а это означает Δv = 3,3 км/с. После этого потребуется пара импульсов для увеличения высоты орбиты вокруг Солнца с 1АЕ до 2,7АЕ. Суммарное Δv = 6,2 км/с, у меня получилось по формуле:

Если во время отрыва от Земли сманеврировать около Луны, то можно получить бесплатно Δv ~1,6 км/с, а во время полёта к астероидам можно ещё за счёт манёвра у Марса набрать ещё ~3,4 км/с. Получается, что с учётом двух гравитационных манёвров итоговое Δv ~ 5 км/с,, без единого манёвра в два раза больше: Δv ~ 10 км/с. Манёвры достаточно прямые, без сложных петель ("из Питера в Москву через Владивосток"), поэтому сильного проигрывания по длительности полёта не будет. На основании этого я всё-таки предлагаю пользоваться величиной суммарного Δv = 5км/с и подразумевать два гравиманёвра (около Луны для выхода на солнечную орбиту и ещё около Марса).
Чтобы за ~150 суток (сумма времени работы двигателей) набрать 5км/с, нужно совсем смешное ускорение, примерно 0,4 миллиметров за квадратную секунду. Возьмём массу станции 800 тонн и получаем всего ~320 Н (32 кг•с) необходимой "крейсерской" тяги. Это четыре (здесь также дублирование на всякий случай) больших вариантов VASIMR'a с "крейсерской" тягой 80 Н.  Общая масса таких двигателей будет около 12 тонн (без учёта радиаторов), а потребление энергии ~12 Мвт. Такая мощность вполне собираема эффективными разворачиваемыми солнечными коллекторами, имеющими линейные размеры порядка пары сотен метров. Бортовой АЭС не надо, даже если хочется долететь до астероида всего за полгода. Около астероида можно будет собирать пару мегаватт солнечной энергии, но там "крейсерская тяга" двигателей не нужна, всю мощность можно потратить на добычу полезных ископаемых..

[bob]

Тяжёлые получатся коллекторы. Самый лёгкий коллектор - это солнечный парус. Он превращает в импульс почти всю радиацию и солнечный ветер без потерь. Но и он - мечта поета. А, если в процесс ввести лишнее преобразовательное звено, потери только вырастут. Максимум, на что годны солнечные батареи и коллекторы - это освещение и питание микроэлектроники.

[vsevolodson]

Мда... в любом случае, если взять АЭС, то потребуется такой же тяжёлый и огромный радиатор для десятков мегаватт. Я всё думаю над тем как выкинуть АЭС и превратить радиатор в солнечный термоколлектор. Основная площадь коллектора по сути - лёгкая плёнка зеркал (с радиатором - сложнее), которую можно раскладывать в космосе. Но вот насчёт сравнения с парусом, похоже, вы правы.

Надо придумать какую-нибудь магнитную мельницу для солнечного ветра

[bob]

Мда... в любом случае, если взять АЭС, то потребуется такой же тяжёлый и огромный радиатор для десятков мегаватт. Я всё думаю над тем как выкинуть АЭС и превратить радиатор в солнечный термоколлектор.

Не получится. У ЯР выше энергетика, чем у падающего солнечного потока. Радиатор - это, конечно, неприятно, но на порядки меньшие затраты массы и энергии на единицу тяги. Кстати, если бы двигатель малой тяги реализовывался на обычном жидком топливе, ему бы потребовался не меньший радиатор. Отсутствие радиатора объясняется коротким промежутком работы неядерного двигателя. Он просто не успевает перегреться. Перегревом на несколько минут пренебрегают.
Вот, если бы мы летали под орбитой Меркурия, солнечная радиация была бы сопоставима со вкладом реактора. Но мы летаем уже в довольно малоэнергичных областях.

[vsevolodson]

Почему я склоняюсь к отказу от бортового реактора.
Мало того, что придётся в качестве радиатора использовать всякие длинные трубки с охладителем, да ещё и "пушистые" (облик станции будет чудовищен, как гигантский мохнатый паук ). Добыча урана или тория около астероида - дополнительная проблема. В то время как солнечная энергия этого не требует. И ещё такая проблема - мы не учли нагрев радиатора Солнцем, рассчитывая что он будет излучать тепло в полной космической темноте. При огромной необходимой площади, радиатор реактора соберёт от Солнца почти те же самые мегаватты, которые должен выбросить. То есть нагреется выше расчётной температуры, что сильно снизит эффективность реактора.

[bob]

Почему я склоняюсь к отказу от бортового реактора.
Мало того, что придётся в качестве радиатора использовать всякие длинные трубки с охладителем, да ещё и "пушистые" (облик станции будет чудовищен, как гигантский мохнатый паук ). Добыча урана или тория около астероида - дополнительная проблема.

У астероида мы будем добывать обычное топливо. Просто кислород и водород, и загонять его в бак из астероидного же металла. На ядерное надеяться не приходится. Ядерное, может быть и есть, например, на Марсе, но очень глубоко и неизвестно, где. Радиоактивные элементы - это прерогатива недр крупных металличных планет. Если на астероидах и были когда-то радиоактивные элементы, они давно исчезли по закону полураспада. Чтобы варился уран, тигль должен быть огромным. Ни на астероидах, ни на Луне, ни на Церере мы урана явно не найдём.

[vsevolodson]

Тем более, если реактор на астероиде не использовать, то тогда это лишний груз. Не говоря уже о чудовищном радиаторе.

[bob]

Похоже, придётся использовать. Солнечные батареи там можно использовать только как подспорье. Там освещённость маленькая. За поясом астероидов солнечные батареи вообще неработоспособны. Пояс - это предел их применения. Все более дальние АМС не имеют солнечных батарей по этой причине.

P.S. Насчёт урана. Дело в том, что Земля - довольно своеобразная планета. Когда-то на ней произошла катастрофа, приведшая к появлению деления материковой и океанической коры и плитотектонике. Предположительно, это произошло при ударе последней крупной планетезимали. Это и вдохнуло в неё жизнь. Без рифтовых зон не было бы обогащения океана и атмосферы редкими элементами (и не было бы жизни в современной понимании, собственно говоря), а без перемешивания вещества между недрами и поверхностями не было бы залежей металлических руд, на поверхности вообще не было бы тяжёлых элементов. Это была бы совершенно безжизненная, непригодная для освоения планета, с ресурсами, запрятанными в мантии и ядре, под тысячами километров силикатов. Так что обнаружение поверхностных урановых руд где-то за пределами Земли, было бы большой удачей. Скорее всего Земля - единственный источник актинидов в солнечной системе.

[vsevolodson]

Всё-таки в поясе астероидов (100..300 Вт/м²) солнечной энергии не так уж и мало. Проблема скорее в низкой эффективности фотоэлементов.
Есть ещё одна идея, которая позволяет выбросить не только АЭС, но и сами ионные двигатели (они тоже требуют внушительных радиаторов, кстати). Представим себе тороид обитаемого отсека. Это по совместительству магнитная обмотка. На бублике (по окружности) расположены лёгкие зеркала, фокусирующие свет от Солнца в точки на оси вращения немного в стороне ("позади") от центра бублика. В фокусе можно достигнуть мощности многих мегаватт на квадратный метр. Топливо стравливается в небольших количествах к фокусу, там оно драматично разогревается фокусируемым излучением до состояния плазмы и создаёт тягу посредством магнитного поля бублика ("магнитное сопло"). Такое устройство ещё не просчитано, конечно, но выглядит неплохо.

[bob]

Всё-таки в поясе астероидов (100..300 Вт/м²) солнечной энергии не так уж и мало. Проблема скорее в низкой эффективности фотоэлементов.
Есть ещё одна идея, которая позволяет выбросить не только АЭС, но и сами ионные двигатели (они тоже требуют внушительных радиаторов, кстати). Представим себе тороид обитаемого отсека. Это по совместительству магнитная обмотка. На бублике (по окружности) расположены лёгкие зеркала, фокусирующие свет от Солнца в точки на оси вращения немного в стороне ("позади") от центра бублика. В фокусе можно достигнуть мощности многих мегаватт на квадратный метр. Топливо стравливается в небольших количествах к фокусу, там оно драматично разогревается фокусируемым излучением до состояния плазмы и создаёт тягу посредством магнитного поля бублика ("магнитное сопло"). Такое устройство ещё не просчитано, конечно, но выглядит неплохо.

Всё равно лишнее движение. Лишняя операция по переработке энергии, снижающая к.п.д. Это всё равно, что загорая на солнышке, закрыться от него солнечной батареей и греться от грелки, питаемой батареей. Будет прохладно. Поставить на самого себя самострел, вместо того, чтобы просто заколоться.

[vsevolodson]

думаю здесь имеет место ошибка
в случае использования паруса извлекается - импульс, а в случае коллектора - энергия
одинаковые по эффективной площади парус и коллектор сравнивать нельзя

[bob]

думаю здесь имеет место ошибка
в случае использования паруса извлекается - импульс, а в случае коллектора - энергия

Вообще-то импульс это mv, а энергия mv^2. Не всё ли равно, как это назвать?

[vsevolodson]

дело в том, что нельзя сравнивать две величины отличающиеся еденицами измерения
в данном случае это всё равно что сравнивать импульс тела и его энергию покоя
извлекая коллектором энергию, можно (предположительно) создать бОльший импульс, чем извлекая его парусом
просто не верится что парусом можно легко дотолкать 800 тонн за полгода до пояса астероидов (а ведь вы утверждаете что он эффективнее)
подсчитаем: парус даёт 5 миллионных долей Ньютона на квадратный метр поверхности около Земли
т.е. парус размером 200х200 м сможет выжать только 0,2 Н
в то же время собирая коллектором схожей площади энергию для двигателей VASIMR можно добиться тяги в килоньютон

т.е. в сравнении коллектора с парусом жертвуется удельный импульс (=с), а также немножко жертвуется эффективность,, что позволяет увеличить тягу в тысячи раз, позволяя в приемлемый срок дотолкать массивную станцию
вот так!

я понял где ошибка - разный удельный импульс
в случае с парусом удельный импульс будет равен скорости света, а в случае со схемой коллектор+ионник удельный импульс будет меньше во столько же раз, во сколько различается тяга (умножить ещё на отношение кпд)

[bob]

я понял где ошибка - разный удельный импульс
в случае с парусом удельный импульс будет равен скорости света, а в случае со схемой коллектор+ионник удельный импульс будет меньше во столько же раз, во сколько различается тяга (умножить ещё на отношение кпд)

В частности. Это очевидно даже из чисто инженерных соображений. Любое новое звено в обработке энергии снижает к.п.д. Солнечными батареями и коллекторами пользуются для преобразования энергетического потока в электроэнергию или его концентрации. Иначе пришлось бы удовольствоваться только распределённым теплом и давлением, но без тока или фокусировки. Потери при преобразовании, естественно, снижают энергопользование потоком.

[vsevolodson]

и всё же парус неприменим из-за низкой тяги, несмотря на его потрясающую эффективность и предельно высокий УИ, лучше пожертвовать немного эффективностью и получить в тысячу раз более высокую тягу за счёт эквивалентного снижения УИ
энергия всё равно остаётся бесплатной

в общем-то вопрос в том, что можно ли фокусируя солнечный свет (раз примерно в миллион) зеркалами, эффективно нагревать и ионизировать струйку водорода

[bob]

и всё же парус неприменим из-за низкой тяги,

Да, у него слишком низкая тяга. Полёт на парусе при современных технологиях затянется на века. Поэтому на АМС и применяют ядерно-ионные двигатели. Даже без полноценного реактора, просто с радиационной батареей у РТГ+ЭРД удельный импульс больше, чем у паруса или ЖРД. Все новейшие АМС - и "Хаябуса", и "Плуто-Койпер" - ядрёно-ионные. Естественно, и пилотируемые межпланетные корабли будут такими же.

[vsevolodson]

но ведь на цифрах получается, что использовать солнечную энергию между 1 до 3 АЕ - намного эффективнее
ваша ошибка в том, что вы линейно экстраполируете параметры АМС на большие корабли
линейные размеры корабля - это кубический корень его массы (а также потребляемой мощности), линейные размеры радиатора - это квадратный корень
получается, что при увеличении массы корабля размеры радиатора растут быстрее
для бОльших кораблей потребуется больше лишней массы радиаторов