Тактика космической экспансии.

[vsevolodson]

Как-то плохо совместимы заявленный pebble bed reactor и ториевый либо Hyperion.
КПД последнего ≈35%. И достигается за счет температуры холодного конца термодинамического цикла ≈300 К. Для 450 К кпд значительно ниже.

реактор с pebble bed вполне позволяет иметь температуру горячего конца до 2000К, если взять разницу 1500К и 500К то кпд будет 66%, т.е. в принципе добиться 50% кпд всё ещё можно

Интересна хотя бы принципиальная схема, как вместить радиатор 10000 м2 в требуемую массу. Ведь это же не просто пленка, к ней надо еще подводить бросовое тепло.

это хороший вопрос
можно поверхность двигателей и реактора (цилиндрической формы) делать "сильно ребристыми", с расходящимися по радиусу тонкими пластинами из хорошо проводящего металла
при этом температура радиаторов двигателей может быть выше, т.к. там не требуется извлекать тепловую энергию турбиной
остановимся на реакторе, при габаритах цилиндра примерно h=5м, r=1м вешаем на него 100 тонких металлических пластин для обеспечения "ребристости поверхности" радиатора
площаль каждой пластины тогда должна будет быть равна 100 кв м, т.е. по радиусу пластина должна иметь длину 20 м... то есть, надо чтобы пластины как-то раскладывались на орбите, т.к. в ракету-носитель такое запихать будет сложно
при средней толщине 1 мм каждая пластина будет весить около 500 кг... т.е. всего радиатор реактора будет весить 50 тонн, что больше приемлемой массы раз в 10
можно внешние края радиатора делать в виде торчащей проволоки, вместо сплошной плоскости, что поможет снизить массу и увеличить поверхность, но не уверен что можно много этим выиграть
надо думать, как решать эту проблему

[bob]

Тепло не обязательно подводить ко всей поверхности. Вспомните кулер на своём проце. Систему труб с неоном, радиусом не более головы РН, но длинную, подводим к раскрывающемуся после сброса обтекателя вееру листов фольги, в которых трубы иметь не обязательно. Ну, где-то, так:

[bob]

То есть на решётку из труб с хладагентом навешиваем сверху пассивный металлический радиатор. Такой лёгкий, но очень пушистый и длинный складной воланчик, который потом расправляем на орбите.

[bob]

Да, и ещё, если вернуться к "астероидному плану". Он вполне реален. И даже, возможно, выгоден. Но, по приблизительной оценке объёма затрат (а она взята по минимуму, на самом деле расходы можно смело удвоить - что-нибудь где-нибудь сбойнёт и потребуются лишние пуски и разработки), он эквивалентен почти всей космической программе СССР и США с 1961 по 1987 гг.: тридцать РН, из которых половина - тяжёлые, постройка АМС, кораблей, лабораторий. В общем, дело плохо.
Его "выгодное" отличие от программы создания первой автономной лунной или марсианской колонии - там, минимум, несколько сотен аналогичных пусков с совершенно неопределённым результатом. Скорее всего - отрицательным.
Естественно, экономике ни одного государства "астероидный план" не потянуть. Скинувшись, его можно осилить лет за двадцать. То есть, прибыль он начнёт приносить только второму поколению участников. Ну и возможные риски и неприятности:
1. Половина разведывательных АМС промажет мимо целей или сломается.
2. С вероятностью 50% планетологическая разведка ошибётся в составе поверхности и половина кораблей стартует к астероидам не того состава, к переработке которого их готовили.
3. Опять же, поломки, дохлые двигатели, реакторы и компьютеры, сломанные системы жизнеобеспечения, человеческие жертвы (история "Аполло-13" - мелочь, в сравнении с тем, что может случиться в длинной серии дальних полётов).
4. Технология переработки на первых кораблях, всё-же пришедших по назначению, может оказаться негодной к поставленной задаче (руда, даже если её навалом, может оказаться технике не по зубам). Придётся их возвращать и переоснащать.
5. Недокументированные свойства объектов - неизвестно, например, как поведёт себя избранный кометный фрагмент, если начать его копать. А если "кометная вспышка"? Сразу - минус корабль с экипажем.

[vsevolodson]

То есть на решётку из труб с хладагентом навешиваем сверху пассивный металлический радиатор. Такой лёгкий, но очень пушистый и длинный складной воланчик, который потом расправляем на орбите.

да, можно добавить второй цикл теплоносителя для рассеивания избыточного тепла
но всё таки складной воланчик будет не так уж прост технически

Но, по приблизительной оценке объёма затрат (а она взята по минимуму, на самом деле расходы можно смело удвоить - что-нибудь где-нибудь сбойнёт и потребуются лишние пуски и разработки), он эквивалентен почти всей космической программе СССР и США с 1961 по 1987 гг.: тридцать РН, из которых половина - тяжёлые, постройка АМС, кораблей, лабораторий. В общем, дело плохо.

откуда же такая оценка? по моим прикидкам минимальную станцию можно собрать на орбите за 8 пусков с доставкой не более чем 100 тонн на низкую орбиту за раз
разведка с помощью АМС - да, это понадобится, но их можно сделать небольшими и выпустить много за один пуск
кроме того, несколько случаев изучения астероидов вблизи уже было - мы уже кое-что знаем о них
если на земной орбите собрана станция для экспериментов по имитации притяжения или налаживанию замкнутой биосистемы то ни к чему потом эту станцию выбрасывать
пущай она же и полетит уже к астероидам потом

Его "выгодное" отличие от программы создания первой автономной лунной или марсианской колонии - там, минимум, несколько сотен аналогичных пусков с совершенно неопределённым результатом. Скорее всего - отрицательным.

освоение Луны и Марса может быть эффективно только после освоения астероидов, когда будет накоплена достаточная мощь на орбите вокруг Солнца, а не на поверхности Земли, откуда сегодня на Марс или Луну даже пару тонн доставить проблематично

экономике ни одного государства "астероидный план" не потянуть.

зависит от оценки кол-ва пусков, в которой я сомневаюсь, по моим прикидкам Россия вполне может потянуть, если не будет расшвыриваться миллиардами на дань Кавказу и на "чистую гмо-воду"

5. Недокументированные свойства объектов - неизвестно, например, как поведёт себя избранный кометный фрагмент, если начать его копать. А если "кометная вспышка"? Сразу - минус корабль с экипажем.

такое происходит даже на Земле - спонтанный взрыв айсбергов из-за полостей сжатого воздуха внутри
лучше выбирать не кометы, а именно астероиды, с содержанием летучих веществ и воды около 10% (больше не очень то и надо)
да и Солнечной энергии у типичных астероидов будет побольше чем у типичных комет

[bob]

да, можно добавить второй цикл теплоносителя для рассеивания избыточного тепла
но всё таки складной воланчик будет не так уж прост технически

Японцы свой парусник как-то развернули. А он, как раз по параметрам с один лист. Муторно, но возможно. Как-нибудь развернём.

[L_Pt]

Höðr

реактор с pebble bed вполне позволяет иметь температуру горячего конца до 2000К, если взять разницу 1500К и 500К то кпд будет 66%, т.е. в принципе добиться 50% кпд всё ещё можно

Теоретический, по циклу Карно – без проблем. Но в железе таких примеров сейчас нет и вряд ли скоро появятся.
Ну и еще раз напомню, что реакторы pebble bed очень не вписываются по массе.

остановимся на реакторе, при габаритах цилиндра примерно h=5м, r=1м вешаем на него 100 тонких металлических пластин для обеспечения "ребристости поверхности" радиатора
площаль каждой пластины тогда должна будет быть равна 100 кв м, т.е. по радиусу пластина должна иметь длину 20 м... то есть, надо чтобы пластины как-то раскладывались на орбите, т.к. в ракету-носитель такое запихать будет сложно.

У наса все таки не кулер на проце, который охлаждается воздухом и где возможна подобная конфигурация. Мы охлаждаем излучением, соответственно,  радиаторы не должны заслонять друг друга. Иначе они будут в основном обогревать друг друга. Не больше двух пластин в противоположные стороны.

при средней толщине 1 мм каждая пластина будет весить около 500 кг... т.е. всего радиатор реактора будет весить 50 тонн, что больше приемлемой массы раз в 10

bob
Тепло не обязательно подводить ко всей поверхности. Вспомните кулер на своём проце.  Систему труб с неоном, радиусом не более головы РН, но длинную, подводим к раскрывающемуся после сброса обтекателя вееру листов фольги, в которых трубы иметь не обязательно.

Вы оба необдуманно так сильно полагаетесь на теплопроводность. Самые лучшие характеристики по последнему у алюминия (у меди и серебра объемная чуть больше, но они гораздо тяжелее). 237 Вт/(м•К). Пленка толщиной 1 мм размерами 1 на 1 м сможет передать от одного торца к другому 0.237 В/К, где К – разница температур. А мы хотим, чтобы она излучала не менее 4.5 кВт (обоими сторонами). Расстояние между точками подвода тепла не должно превышать несколько см.
Или толщину увеличивать, но ведь тогда и масса…

[bob]

откуда же такая оценка? по моим прикидкам минимальную станцию можно собрать на орбите за 8 пусков с доставкой не более чем 100 тонн на низкую орбиту за раз

Ну, тогда подумаем на счёт удешевления. Во-первых, начать надо с унификации РН под программу. Ракеты типа "Союза" и "Молнии" под АМС, которые я предложил в начале, тогда отбрасываем сразу. Все компоненты будем выводить однотипными носителями. Saturn-V и Constellation не годятся. Один слабоват, второй - не жилец, как выяснилось. Н-1 - тоже не жилец. УР-700, УР-900 - подходят, но они гидразиновые (отравим полмира при массовых пусках). Значит, надо возродить "Энергию". Вместо "Буранов" обвешаем её ускорителями первой ступени со всех сторон, а не только по бокам, навесим сверху разгонный блок. Заодно, ГЧ можно расширить с пяти до шести-восьми метров в диаметре (для создания искусственной гравитации в модуле диаметр наиболее подходящий). И разрабатываем унитарную ГЧ для кассет разведывательных АМС и компонентов колониальных кораблей. Получается примерно такая фича:

[bob]

АМС будем выводить пачками штук по четыре-шесть на один пуск. Для простоты сделаем их беспосадочными, пролётными. Пусть выпускают импакторы по поверхностям и анализируют полученный спектр вспышек. Заодно смогут исследовать по нескольку астероидов каждая. Будут летать, как "Кассини" по поясу и обстреливать астероиды при пролёте как "Deep Impact". Если каждая проверит хоть один-два астероида, нам хватит пары запусков.
Разведывательный этап удешевили.
Две тяжёлых РН, дюжина АМС, пара дюжин снарядов-импакторов.

[bob]

Ну, ракет, конечно, будет штук пять-шесть, а не две. Возрождение и модернизация древних проектов - дело непростое. Половина прототипов уйдёт "за бугор" на предварительном этапе точно. И, как минимум, один пойдёт на орбиту с макетом вместо мяса.

Итак. Этап автоматической разведки.
Шесть тяжёлых РН (половина дохнет по разным причинам при пробных пусках), дюжина АМС, пара дюжин снарядов-импакторов.

[bob]

Теперь колониальный корабль. Я в прошлом случае рассмотрел четыре пуска кораблей к четырём основным типам астероидов и комет. На самом деле это плохо. Корабль должен быть потяжелее, но универсальный. Так мы избавимся от неприятностей, связанных с ошибками автоматической разведки и сократим число кораблей и пусков. На нём надо собрать все устройства анализа и переработки. Он будет летать между выбранными целями по эквипотенциальной поверхности,останавливаясь и собирая всё, что сможет собрать.
Начинаем комплектацию.
Штук шесть комбайнов и планетарных модулей со сменными инструментами под разделку разных поверхностей (грубо говоря, ещё шесть АМС) - одна РН.
Неядерный разгонный блок для запуска под радиационными поясами Земли и выхода на гиперболу - вторая РН.
Четыре ионных или факельных мотора (для горячего резерва, если пара сдохнет), ядерный мини-реактор с основным и резервным контурами охлаждения, сложенные радиаторы к нему - третья РН.
Помещения колонии с лабораториями и минизаводами без радиационной защиты - четвёртая и пятая РН.
Жилой блок повышенной защиты с блоком общей теневой радиационной защиты и экипажем - шестая РН.
Итого - шестипусковая схема на один вылет.
Всё это разворачивается из свёрнутого состояния после сбрасывания обтекателей и стыкуется на орбите.
Для резерва нужно, минимум, два комплекта.
Итого: 12 РН, 12 модулей порядка цельной МКС.

Получили результат.
Меньше уже никак не срастается. 18 тяжёлых РН, 12 АМС, 12 комбайнов, 12 модулей, все затраты на расконсервацию проектов, стартов, их модернизацию, разработки, исследования.
Это, так сказать, пилотный, пробный, этап в комплекте.
Так идёт?
Грубо говоря, в переводе на современные цены, две программы "Энергия-Буран" и все орбитальные станции, когда-либо запускавшиеся. Такова цена вопроса.

[vsevolodson]

Возрождение "Энергии" в конфигурации "Вулкан" (до 200т на низкую орбиту) - дело конечно, похвальное, но хлопотное. Я прочитал что скоро намечается сверхтяжёлая конфигурация "Русь-М-СТ", способная вывеси до 100 тонн за раз. В начале темы об этом писал. Так что думаю, нужно ориентироваться на неё.

С тактикой АМС - классная задумка, имхо.

С охлаждением - действительно серьёзная проблема. Но если в любом случае потребуется разворачивать чуть ли не квадратный километр поверхности, то не выбросить ли вообще бортовую АЭС в пользу фотоэлементов или газотермальных сосудов с турбиной и генератором? По циклу Карно, нагревая газ до 2..3 тысяч градусов, можно получить около 50% эффективности преобразования в электричество. Между орбитой Земли и дальним концом пояса астероидов 16 тыс кв метров смогут генерить от 1 до 10 Мвт электричества, что уже близко к тому, чтобы достаточно питать двигатели. В поясе астероидов высокая тяга всё равно не слишком будет нужна, а вместо АЭС лучше захватить с собой лишний разгонный блок (вроде "Centaur") для манёвров при старте около Земли, около Марса и по прибытии к астероиду.

Есть ещё кое-какие новые соображения по поводу конструкции, но об этом ещё напишу позже.

[bob]

Возрождение "Энергии" в конфигурации "Вулкан" (до 200т на низкую орбиту) - дело конечно, похвальное, но хлопотное. Я прочитал что скоро намечается сверхтяжёлая конфигурация "Русь-М-СТ", способная вывеси до 100 тонн за раз. В начале темы об этом писал. Так что думаю, нужно ориентироваться на неё.

Ну, пусть будет "Русь-М". Чуть больше пусков. Заложим 20-25, а не 18. От этого не намного легче. Силами одной России это всё равно не реально.

Итак, общая схема пуска:

[damian_1]

освоение Луны и Марса может быть эффективно только после освоения астероидов, когда будет накоплена достаточная мощь на орбите вокруг Солнца, а не на поверхности Земли, откуда сегодня на Марс или Луну даже пару тонн доставить проблематично

Не соглашусь с автором. Чтобы освоить Марс и пояс астероидов "прямо с Земли" понадобится такое количество ресурсов и пусков, что земная (и без того проблемная) экология просто надорвется. Мне представляется такая картина освоения Солнечной системы:

1. Поэтапное создание и расширение за счет местных ресурсов крупной, полностью автономной лунной базы (сети баз), причем минуя стадию создания крупных станций на земной орбите. Туда постепенно перенести (заново создав на месте) бОльшую часть индустриального производства, синтез ракетного топлива, и изготовление ракет. Луна дает преимущество (за счет низкой гравитации) более легкого пуска ракет с поверхности, кроме того можно свободно использовать ядерные двигатели в первых ступенях, не заморачиваясь с экологией и опасностью аварий. Кроме того, на Луне (в отличии от орбитальных станций) уже есть минеральные ресурсы, гравитация и возможность спрятать города под поверхностью, для защиты от метеоритов и радиации.
2. Паралельно с п.1 создание небольших "перевалочных" станций на лунной и земной орбите, обеспечивающих в основном перевозку пассажиров на лунные базы и обратно. Также понадобится создать инфраструктуру (автоматических) орбитальных и межорбитальных буксиров, для доставки грузов.
3. После этого можно организовать сборку на лунной орбите крупных межпланетных кораблей для освоения пояса астероидов и (возможно) спутников планет-гигантов.
4. Выявление богатых ресурсами астероидов и создание на них "подземных" добывающих предприятий - максимально автоматизированных и с небольшим количеством вахтового персонала - чтобы не усложнять сверх необходимого минимума задачу жизнеобеспечения (на привозных ресурсах). Также создать необходимый минимум перерабатывающих предприятий, руководствуясь целесообразностью (в смысле, что лучше - перевезти бОльшее к-во сырья к Луне, или переработать на месте, но в условиях более дорогой энергии). Создавать крупные поселения на астероидах (по сравнению с Луной или даже околоземной орбитой) не выгодно - много проблем с исскуственной гравитацией, энергоснабжением и жизнеобеспечением. Из за меньшего кол-ва солнечной энергии, придется строить большие солнечные батареи и оранжереи, которые из за своих внушительных размеров будут сильно уязвимы к микрометеоритам, которых в поясе астероидов предостаточно.

Что касается реализуемости всего этого... В настоящий момент, проблема перенаселения и истощения ресурсов пока не стоит слишком остро, а программы борьбы с этими двумя проблемами рассматривают в основном сокращение численности населения Земли (и это бараноподобное население не возражает что его "сокращают"). Если сохранится капиталистический строй (и менталитет), возможно человечество освоит Солнечную систему так: после истощения земных ресурсов шахты на Луне, потом, чтобы не возить кучу сырья, заводы там-же, потом рабочие поселки, перерастающие в города...

[vsevolodson]

Не соглашусь с автором. Чтобы освоить Марс и пояс астероидов "прямо с Земли" понадобится такое количество ресурсов и пусков, что земная (и без того проблемная) экология просто надорвется.

однако здесь и сейчас прикидывается как основать колонию в поясе астероидов за несколько пусков ракет, от которых Земля точно не надорвётся
по идее, колония после этого должна "размножаться" самостоятельно, изредка забирая с Земли только людей (генофонд) и некоторую необходимую мелочь, которую забыли учесть

1. Поэтапное создание и расширение за счет местных ресурсов крупной, полностью автономной лунной базы (сети баз), причем минуя стадию создания крупных станций на земной орбите.

за несколько пусков ракет это не удастся, в отличие от колонизации пояса астероидов

Луна дает преимущество (за счет низкой гравитации) более легкого пуска ракет...

опять же, если сравнивать с астероидной колонией, то такое преимущество у вас со знаком минус

Кроме того, на Луне (в отличии от орбитальных станций) уже есть минеральные ресурсы

только относительно бесполезные литофильные породы
большая часть самых полезных сидерофильных ископаемых - ближе к ядру, к тому же - острый дефицит воды и особенно газов

...гравитация и возможность спрятать города под поверхностью, для защиты от метеоритов и радиации.

имитация тяжести достаточно просто создаётся прямо в космосе, без большой гравитационной ямы, из которой ещё надо будет выкарабкиваться

Из за меньшего кол-ва солнечной энергии, придется строить большие солнечные батареи

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

...сильно уязвимы к микрометеоритам, которых в поясе астероидов предостаточно.

относительные скорости невелики, однако проблема есть
на Луне такая проблема намного серьёзнее и опаснее - из-за малой гравитации и отсутствия атмосферы опасен даже метеорит весом всего несколько килограммов, упавший на расстоянии нескольких километров от "жертвы" - равносильно обстрелу из РПГ
об этом уже также неоднократно писалось на форуме (идея не моя)

Что касается реализуемости всего этого... В настоящий момент, проблема перенаселения и истощения ресурсов пока не стоит слишком остро...

колонизация космоса никак не решит проблемы перенаселения, или вы знаете как выкинуть лишних пару миллиардов людей в космос с затратами энергии, не превосходящими многократно все потенциальные ресурсы планеты?

damian_1, я бы посоветовал иногда читать темы, перед тем как в них писать
таких писателей много, а повторять одно и тоже - надоело

[bob]

О массовом переселении и тем более решении "проблем перенаселения" пока речи вообще не идёт (доставить даже пару десятков человек на Луну - это целая лунная программа НАСА). Мы пока рассматриваем хоть и очень трудные, но более реалистичные проекты, сопоставимые по стоимости с затратами лунной программы. Минусы Луны: заметная гравитация, высокая радиация, отсутствие лёгких элементов и полезных ископаемых на поверхности. Их надо разведывать глубоким бурением в сотнях мест и пробиваться к ним. Плюс астероидов - отсутствие гравитации и наличие любых видов ископаемых на поверхности, низкий уровень радиации, возможность находиться всегда в тени от солнечного ветра. Энергетические затраты на полёт сопоставимы, так как на Луну надо садиться при одной шестой ускорения земной силы тяжести, а с астероидом можно просто уравнять скорости (соответственно, корабль может быть большим, оснащённым и не иметь при этом посадочных средств). Начать разработку полезных ископаемых на астероидах можно сразу, при минимальной разведке. Так что астероиды явно предпочтительнее Луны. Единственный минус астероидов - больше подлётное время. Но это некритично, если мы уж собрались там надолго закрепиться.

[bob]

По "астероидному плану" у нас получилась двадцатилетняя международная программа с использованием двух десятков российских тяжёлых РН и стольких же основных модулей с интернациональным финансированием. И, видимо, с интернациональным экипажем и оборудованием (за финансирование потребуют пропорционального участия исследователей, чтобы мы там чего-нибудь лишнего тайно не нарыли, кроме того -  технологии электронной начинки и её производства у нас хромают - американцы и японцы лучше справятся с лабораторным и исследовательским оборудованием). Результатом её будет глубокое исследование астероидного пояса, пробное изготовление из местных материалов и энергоресурсов нескольких десятков АМС и спутников связи и их вывод на заданные орбиты Земли, Марса и, возможно, Юпитера. Пока вот так. Так программа реализует исследовательскую и экономическую часть, частично или полностью окупившись.

[vsevolodson]

...низкий уровень радиации, возможность находиться всегда в тени от солнечного ветра...

сейчас вот только подумал - а ведь висеть в тени в десятках метров от поверхности астероида не получится, т.к. он вращается и слишком уж некруглый (зачастую вытянутый из-за скапливания камушков на возвышенных участках посредством центробежной силы)
неровности будут задевать станцию
может быть проще и вовсе синхронизировать вращение астероида с обращением его по орбите? тогда будет вечная тень где можно подвесить станцию хоть в метре от поверхности и вечная дневная сторона для солнечных батарей или термоколлекторов

ещё думается что всё-таки антирадиационная защита для обитаемых отсеков станции нужна, хотя бы потому что лететь придётся всё-таки не один месяц, а может даже больше года, а консервов не хватит, надо где-то "поросят разводить" уже в пути

[bob]

неровности будут задевать станцию

Ну в километре повиснем или дальше. Всё равно груз между поверхностью и бортом доставляется пинком ноги.

[bob]

ещё думается что всё-таки антирадиационная защита для обитаемых отсеков станции нужна, хотя бы потому что лететь придётся всё-таки не один месяц, а может даже больше года, а консервов не хватит, надо где-то "поросят разводить" уже в пути

Радиационную защиту мы уже продумали выше. Основная - теневая между реактором и жилыми блоками и более лёгкая в перелётном модуле. В незащищённой области экипаж много времени проводить не будет. О консервах надо позаботиться - набьём десяток тонн суповых кубиков и козьих шариков и будем их жевать, запивая очищенной мочой из замкнутого цикла.  От тортов, рябчиков и кальмаров в кляре под пиво героям космоса придётся отказаться.