Tijekom dvadesetog stoljeća pisci znanstvene fantastike puno su i nadareno pisali o istraživanju svemira. Junaci "Chiusa" dali su čovječanstvu bogatstvo uranijumske Golconde, pilot Pirx radio je kao kapetan svemirskih brodova sa suhim teretom, vođe-kontejneri i brodovi za prijevoz rasutog tereta hodali su oko Sunčevog sustava, a ja čak ni ne govorim o svoj mističnosti putovanja do tajanstvenih monolita.
Međutim, 21. stoljeće nije opravdalo očekivanja. Čovječanstvo bojažljivo stoji u hodniku Kozmosa, ne izlazeći trajno izvan zemaljske orbite. Zašto se to dogodilo i čemu se nadati onima koji bi željeli čitati u vijestima o povećanju prinosa marsovskih stabala jabuka?
Nije potreban violinist
Prvi paradoks s kojim smo se susreli jest da ljudi nisu najprikladnija tema za istraživanje svemira. Pisci znanstvene fantastike koji su osmislili svemirske ekspedicije mogli su se osloniti samo na povijesno iskustvo pionira Zemlje - pomoraca, polarnih istraživača, prvih avijatičara. Zapravo, kako bi se osvajanje Marsa razlikovalo od osvajanja Južnog pola?
A tu i tamo okoliš je neprikladan za život bez prethodne pripreme, sa sobom morate ponijeti zalihe i ne možete izaći van broda ili doma bez navođenja posebne opreme. No, pisci znanstvene fantastike i futuristi nisu mogli predvidjeti razvoj elektronike i robotike, a robotski istraživači obično su opisani na anegdotalan način:
“Morao sam pola sata skrenuti pogled s pisma i saslušati žalbe svog susjeda, kibernetičara Ščerbakova. Vjerojatno znate da je veliko podzemno postrojenje za preradu urana i transuranida u izgradnji sjeverno od raketnog bacača. Ljudi rade u šest smjena. Roboti - oko sata; čudesni strojevi, zadnja riječ u praktičnoj kibernetici. Ali, kako Japanci kažu, majmun također pada sa stabla. Sad je Ščerbakov došao k meni, ljut kao vrag, i rekao da je banda ovih mehaničkih idiota (prema njegovim vlastitim riječima) večeras ukrala jedno od velikih skladišta rude, očito ga zamijenivši s neobično bogatim nalazištem. Roboti su imali različite programe, pa je do jutra dio skladišta završio u skladištima raketne bacače, dio - na ulazu u geološki odjel, a dio je uglavnom bio nepoznat gdje. Potraga se nastavlja.
Promotivni video:
No, nitko od poznatih autora nije pretpostavio da robot u istraživanju svemira ima puno prednosti u odnosu na osobu:
Za razliku od čovjeka, robotu trebaju samo snaga i toplinska ravnoteža. Nije potrebno vući desetke tona staklenika, hrane, vode, kisika, odjeće i higijenskih proizvoda, lijekova i drugih stvari.
Robot se može poslati u jednom smjeru, bez povratka.
Robot je sposoban raditi godinama. Iskustvo Voyagera, Marsovih rovera ili Cassinija sugerira da je sada ispravnije govoriti ne o godinama, već desetljećima.
Robot je sposoban raditi godinama u uvjetima kobnim za ljude. Sonda Galileo primila je dozu 25 puta veću od smrtonosne doze za ljude, a nakon toga djelovala je u orbiti 8 godina.
Kao rezultat, pokazalo se da se samo roboti teški nekoliko tona uklapaju u tehničke mogućnosti čovječanstva da bi ih za razuman novac poslali na druge planete i postali jedini način da se zadovolji znanstvena znatiželja i dobiju lijepe fotografije.
Živimo u logističkoj krivulji
Druga pogreška pisaca znanstvene fantastike bila je ta što su predviđali linearni ili čak eksponencijalni razvoj astronautike. Iako je davne 1838. godine otkriven takav fenomen kao logistička krivulja. Kakva je to strašna zvijer? Uzmimo za primjer povijest zrakoplovstva:
1900-ih. Prve nespretne police za knjige, prve evidencije - letovi na nekoliko kilometara s jednim putnikom.
1910. godine. Prvi izviđači, lovci, bombarderi, poštanski i putnički zrakoplovi.
1920-1930-ih. Ovladavanje letovima noću, prvi transkontinentalni letovi.
1940-te. Zrakoplovstvo je ozbiljna vojna i prometna snaga.
1950-ih. Mlazni motori daju novi zamah razvoju zrakoplovstva - nove brzine, domete i visine, još više putnika.
1960-70-ih. Prvi nadzvučni i širokotrupni putnički zrakoplov, zrakoplovstvo je povoljnije.
1980-90-ih. Kočenje. Razvoj postaje sve skuplji, razvojne se tvrtke udružuju u divovske tvrtke. A avioni su sve sličniji jedni drugima.
2000-te. Ograničiti. Dva diva, Boeing i Airbus, izrađuju izvana identične strojeve, a nadzvučni putnički zrakoplovi su posve izumrli.
Ako ta postignuća pretočite u brojke, dobit ćete sljedeću sliku:
U astronautici je situacija potpuno ista:
Radi jasnoće, grafikon S-krivulje može se prekriti grafom troškova kako bi se postigla ova razina:
A tuga našeg "danas" je da smo u astronautici s postojećim tehnologijama blizu razine zasićenja. Tehnički, možete letjeti u pilotskoj verziji do Mjeseca, pa čak i Marsa, ali nekako je šteta za novac.
Stavite KC - dobit ćete gravitaciju
Sljedeći tužni aspekt, usporavajući crticu u svemir, jest da još uvijek nije otkriveno nešto vrlo vrijedno, za što vrijedi potrošiti novac na istraživanje svemira izvan Zemljine orbite. Imajte na umu da je u niskoj zemaljskoj orbiti puno komercijalnih satelita - komunikacija, TV i Internet, meteoroloških i kartografskih. I svi oni imaju opipljive novčane koristi. A koja je korist od misije s posadom na Mjesec? Evo službenog popisa rezultata američkog lunarnog programa vrijednog približno 170 milijardi USD (u cijenama iz 2005.):
Mjesec nije primarni objekt, on je zemaljski planet, sa svojom evolucijom i unutarnjom strukturom, sličan Zemlji.
Mjesec je prastaran i čuva povijest prvih milijardu godina evolucije zemaljskih planeta.
Najmlađe mjesečeve stijene otprilike su iste starosti kao i najstarije zemaljske stijene. Tragove najranijih procesa i događaja koji su mogli utjecati na Mjesec i Zemlju sada možemo pronaći samo na Mjesecu.
Mjesec i Zemlja genetski su povezani i formirani su iz različitih proporcija zajedničkog skupa materijala.
Mjesec je beživotan i ne sadrži žive organizme ili lokalne organske tvari.
Mjesečeve su stijene nastale iz visokotemperaturnih procesa bez sudjelovanja vode. Razvrstavaju se u tri vrste: bazalti, anortoziti i breče.
Davno je Mjesec rastopljen do velike dubine i formirao je ocean magme. Mjesečeve planine sadrže ostatke ranih stijena male gustoće koje su plutale na površini ovog oceana.
Ocean magme nastao je nizom golemih udara asteroida koji su formirali bazene ispunjene tokovima lave.
Mjesec je donekle asimetričan, vjerojatno zbog utjecaja Zemlje.
Mjesečeva površina prekrivena je komadićima kamena i prašinom. To se naziva lunarni regolit i sadrži jedinstvenu povijest zračenja Sunca, što je važno za razumijevanje klimatskih promjena na Zemlji.
Sve je ovo vrlo zanimljivo (bez šale), ali sve to znanje ima nepopravljivi nedostatak - ne možete ga namazati na kruh, uliti u spremnik za gorivo ili od njega sagraditi kuću. Kad bi se u prostranstvu svemira otkrio određeni "elerij", "tiberium" ili drugi šišdostanij, koji bi se mogao koristiti kao:
Isplativ izvor energije.
Sastavni dio proizvodnje nečega vrijednog i korisnog.
Hrana / lijek / vitamin temeljno nove kvalitete.
Luksuzni predmet ili izvor užitka.
Ako je također rastao samo na Marsu ili u pojasu asteroida (a nije se reproducirao na Zemlji) i mogli su ga rudariti samo ljudi (kako lukavo čovječanstvo ne bi poslalo jeftinije i nepretencioznije robote), tada bi to bilo istraživanje svemira s posadom koje bi dobilo neprocjenjiv poticaj. A u njegovom odsustvu, u pesimističnom scenariju 2020-ih, čovječanstvo može izgubiti trajnu prisutnost čak i u blizini zemaljske orbite - na pozadini lonaca međunarodne suradnje koje su razbili političari, porezni obveznici mogu pitati: "Zašto nam treba nova stanica nakon ISS-a?"
Prokletstvo formule Tsiolkovsky
Evo ga, nemeza kozmonautike:
Ovdje:
V je konačna brzina rakete.
I - specifični impuls motora (koliko sekundi motor na 1 kilogram goriva može stvoriti potisak 1 Njutna)
M1 je početna masa rakete.
M2 je konačna masa rakete.
V za pune spremnike bit će karakteristična granica brzine, tj. Granica brzine s kojom možemo ubrzati / usporiti ako je potrebno. To se naziva i delta-V margina (delta znači promjena, tj. To je margina za promjenu brzine).
U čemu je problem ovdje? Uzmimo kartu potrebnih promjena brzine za Sunčev sustav:
Zamislimo sada da želimo letjeti do Marsa i natrag. To će iznositi:
9400 m / s - početak od Zemlje.
3210 m / s - napuštanje Zemljine orbite.
1060 m / s - presretanje Marsa.
0 m / s - ulazak u nisku putanju Marsa (bijeli trokut znači mogućnost kočenja u odnosu na atmosferu).
0 m / s - slijetanje na Mars (usporavamo u atmosferi).
3800 m / s - start s Marsa.
1440 m / s - ubrzanje s Marsove orbite.
1060 m / s - presretanje Zemlje.
0 m / s - ulazak u nisku Zemljinu orbitu (usporavamo u odnosu na atmosferu).
0 m / s - slijetanje na Zemlju (usporavamo u atmosferi).
Rezultat je prekrasna brojka od 19970 m / s, koju zaokružujemo na 20 000 m / s. Neka naša raketa bude idealna, a volumen goriva ni na koji način ne utječe na njegovu masu (spremnici, cjevovodi nemaju ništa). Pokušajmo izračunati ovisnost početne mase rakete o konačnoj masi i specifičnom impulsu. Pretvarajući formulu Tsiolkovsky, dobivamo:
M1 = eV / I * M2
Upotrijebimo besplatni matematički paket Scilab. Konačnu masu uzimamo u rasponu od 10-1000 tona, specifični impuls će varirati od 2000 m / s (kemijski motori na hidrazin) do 200.000 m / s (teoretska procjena maksimalnog impulsa električnog pogonskog motora za danas). Moram odmah reći da će za maksimalnu masu i minimalni impuls postojati vrlo velika vrijednost (22 milijuna tona), pa će razmjera prikaza biti logaritamska.
[m2 I] = mrežasta mreža (10: 50: 1000,2000: 5000: 200000);
m1 = trupac (exp (20000 * I. ^ - 1). * m2);
surf (m2, I, m1)
Ovaj prekrasan graf zapravo je vizualna presuda za kemijske motore. To nije vijest - na kemijskim motorima, kao što praksa savršeno pokazuje, možete normalno lansirati male sonde, ali čak je i let do Mjeseca s posadom već donekle težak.
Olakšajmo svoje uvjete. Prvo, pretpostavimo da krećemo iz Zemljine orbite, a umjesto 20 km / s treba nam 10. Drugo, odsjekli smo "rep" neučinkovitim kemijskim motorima, postavivši minimalnu vrijednost I na 4400 m / s (AI vodikovog motora Space Shuttle RS-25):
[m2 I] = mrežasta mreža (10: 50: 1000,4400: 5000: 200000);
m1 = log (exp (10000 * I. ^ - 1). * m2);
surf (m2, I, m1)
Logaritamska skala:
Linearna skala:
U potpunosti ćemo odustati od kemijskih motora. Nuklearni motor NERVA imao je AI od 9000 sekundi. Preračunajmo:
[m2 I] = mrežasta mreža (10: 50: 1000,9000: 5000: 200000);
m1 = exp (10000 * I. ^ - 1). * m2;
surf (m2, I, m1)
Linearna skala:
Zašto ponavljam te monotone grafikone? Činjenica je da ravno područje označeno kao "razlog za optimizam" pokazuje da će, kada se pojave motori s AI većim od 50 000 m / s, postati moguće letjeti više ili manje podnošljivo bez brodova s početnom masom od milijuna tona unutar Sunčevog sustava. A električni pogonski motori, koji već postoje, imaju ID od 25000-30000 m / s (na primjer, SPD 2300).
Međutim, potrebno je razumjeti da je razlog za optimizam vrlo suzdržan. Prvo, ove tisuće tona moraju biti isporučene u Zemljinu orbitu (što je izuzetno teško). Drugo, postojeći električni pogonski motori imaju mali potisak, a da bi se ubrzalo prikladnim ubrzanjem, potrebno je ugraditi reaktore s više megavata.
Izgradimo još jedan zanimljiv graf. Javite nam konačnu masu - 1000 tona. Konstruirajmo ovisnost početne mase o specifičnom impulsu i konačnoj brzini:
[VI] = mrežasta mreža (10000: 2000: 100000,50000: 5000: 200000);
m1 = exp (V. * (I. ^ - 1)) * 1000;
surfati (V, I, m1)
Ovaj je graf zanimljiv po tome što je u neku ruku pogled u udaljeniju budućnost čovječanstva. Ako želimo ugodan i brz let preko Sunčevog sustava, tada ćemo morati savladati određeni impuls za jedan red veličine - potrebni su nam motori s ID-om od nekoliko stotina tisuća metara u sekundi.
Ovdje nema ribe
Čovječanstvo se odlikuje lukavošću i domišljatošću. Stoga su izmišljene mnoge ideje kako bi se olakšao pristup svemiru. Jedan od najvažnijih parametara koji karakteriziraju barijeru preko koje želimo preskočiti je trošak stavljanja kilograma u orbitu. Prema različitim procjenama (ovaj je stupac uklonjen s Wiki-a, ovdje, na primjer, drugi izvor) za različita lansirna vozila, ta se cijena kreće u rasponu od 4000 do 13000 američkih dolara po kilogramu za nisku Zemljinu orbitu. Što ste pokušali smisliti kako biste olakšali, olakšali i jeftinije došli barem u orbitu oko Zemlje?
Sustavi za višekratnu upotrebu. Povijesno gledano, ova je ideja već jednom zakazala u programu Space Shuttle. Sada to radi Elon Musk, planirajući postaviti prvu fazu. Želio bih mu poželjeti svaki uspjeh, ali na temelju prošlog neuspjeha, mislim da ovo neće biti kvalitativni proboj. U najboljem slučaju trošak će pasti za nekoliko posto.
Jednofazna orbita. Nije prošla dalje od projekata, unatoč opetovanim pokušajima.
Start zraka. Uspješan je projekt malog korisnog tereta, ali se ne skalira za velika opterećenja.
Svemirsko lansiranje bez rakete. Izumljeno je puno projekata, ali svi oni imaju fatalni nedostatak - potrebna su astronomska ulaganja koja se ne mogu "ponovno zauzeti" bez potpunog završetka projekta. Dok svemirsko dizalo, fontana ili masovni vozač nisu u potpunosti izgrađeni i lansirani, od toga nema zarade.
Nego će se srce smiriti
Kako se možete razveseliti nakon ovih tužnih razmišljanja? Imam dva argumenta - jedan apstraktni i temeljni, a drugi konkretniji.
Prvo, napredak u cjelini nije jedna S-krivulja, već mnogi od njih, što tvori tako optimističnu sliku:
U povijesti zrakoplovstva mogu se razlikovati, na primjer:
I zasigurno stojimo na sličnoj točki u razvoju kozmonautike. Da, sada postoji neka stagnacija, pa čak je i povratak moguć, ali čovječanstvo se s glavama svojih najboljih predstavnika probija kroz zid znanja i negdje se, još ne primijećeno, probijaju izdanci nove budućnosti.
Drugi je argument vijest o razvoju nuklearnog reaktora za transportni i energetski modul, koja prolazi bez velike gužve:
Najnovije vijesti o ovom projektu bile su u ljeto - okupljen je prvi TVEL. Posao, iako bez redovitog oglašavanja, očito traje, i može se nadati pojavi sljedećih godina u osnovi novog aparata - nuklearnog tegljača s električnim pogonskim motorom.
P. S
To su pomalo neuredne misli, nazovimo ih prvom iteracijom. Želio bih dobiti povratnu informaciju - možda sam nešto propustio ili pogrešno definirao značaj pojave. Tko zna, možda ćete nakon obrade povratnih informacija dobiti koherentniji koncept ili smisliti nešto zanimljivo?
Avor: lozga
