Kogu kahekümnenda sajandi kirjutasid ulmekirjanikud palju ja andekalt kosmoseuuringutest. "Chiuse" kangelased andsid inimkonnale Uraan Golconda rikkused, piloot Pirx töötas kosmosekaevalaevade kaptenina, Päikesesüsteemis kõndisid liider-konteiner- ja puistlastilaevad ning ma ei räägi kogu salapärastesse monoliitidesse reisimise müstikast.
21. sajand ei ole aga ootustele vastanud. Inimkond seisab arglikult Kosmose koridoris ega pääse püsivalt väljapoole Maa orbiiti. Miks see juhtus ja mida loota neile, kes sooviksid Marsi õunapuude saagikuse suurendamise uudistest lugeda?
Viiuldajat pole vaja
Esimene paradoks, millega kohtusime, on see, et inimesed ei ole kosmoseuuringute jaoks kõige sobivam subjekt. Kosmoseekspeditsioonidele tulnud ulmekirjanikud said tugineda vaid Maa pioneeride - meremeeste, polaaruurijate, esimeste lendurite - ajaloolisele kogemusele. Tõepoolest, kuidas erineks Marsi vallutamine lõunapooluse vallutamisest?
Ja siin-seal on keskkond ilma eelneva ettevalmistuseta eluks kõlbmatu, peate varusid kaasas kandma ja ilma erivarustust panemata ei saa te minna laevast välja või koju. Kuid ulmekirjanikud ja futuristid ei osanud ennustada elektroonika ja robootika arengut ning robotiteadlasi kirjeldati tavaliselt anekdootlikult:
«Pidin pool tundi kirja pealt pilku heitma ja kuulama oma naabri, kübernetist Štšerbakovi kaebusi. Tõenäoliselt teate, et raketiheitjast põhja pool on ehitamisel suur maa-alune uraani ja transuraniidi töötlemise tehas. Inimesed töötavad kuues vahetuses. Robotid - ööpäevaringselt; imelised masinad, viimane sõna praktilises küberneetikas. Kuid nagu jaapanlased ütlevad, kukub ka ahv puu otsast alla. Nüüd tuli Štšerbakov minu juurde, vihane nagu kurat, ja ütles, et nende mehaaniliste idiootide jõuk (tema enda sõnad) varastas täna õhtul ühe suure maagidepoo, eksides seda ilmselgelt ebatavaliselt rikkaliku ladestusega. Robotitel olid erinevad programmid, nii et hommikuks jõudis lao osa raketiheitja ladudesse, osa geoloogiaosakonna sissepääsu juurde ja osa oli üldiselt teadmata kus. Otsimine jätkub."
Reklaamvideo:
Kuid ükski kuulsatest autoritest ei arvanud, et kosmoseuuringute robotil on inimese ees palju eeliseid:
Erinevalt inimesest vajab robot ainult võimsust ja termilist tasakaalu. Pole vaja vedada kümneid tonne kasvuhooneid, toitu, vett, hapnikku, rõivaid ja hügieenivahendeid, ravimeid ja muud.
Roboti saab tagasi pöördumata saata ühes suunas.
Robot on võimeline töötama aastaid. Voyagerite, Marssi sõitjate või Cassini kogemused näitavad, et nüüd on õigem rääkida mitte aastatest, vaid aastakümnetest.
Robot on võimeline töötama aastaid tingimustes, mis on inimestele surmavad. Galileo sond sai inimese surmavast doosist 25 korda suurema annuse ja töötas seejärel orbiidil 8 aastat.
Selle tulemusena selgus, et ainult mitu tonni kaaluvad robotid sobivad inimkonna tehnilistesse võimalustesse mõistliku raha eest teistele planeetidele saatmiseks ja neist sai ainus viis teadusliku uudishimu rahuldamiseks ja kaunite fotode saamiseks.
Me elame logistilises kurvis
Ulmekirjanike teine viga oli see, et nad ennustasid astronautika lineaarset või isegi eksponentsiaalset arengut. Kuigi juba 1838. aastal avastati selline nähtus nagu logistiline kõver. Mis see kohutav metsaline on? Võtame näiteks lennundusajaloo:
1900. aastad. Esimesed kohmakad raamatukapid, esimesed plaadid - lennud mitu kilomeetrit ühe reisijaga.
1910. Esimesed skaudid, hävitajad, pommitajad, posti- ja reisilennukid.
1920. – 1930. Öösel lendude valdamine, esimesed mandritevahelised lennud.
1940. aastad. Lennundus on tõsine sõja- ja transpordijõud.
1950. aastad. Reaktiivmootorid annavad lennunduse arengule uue tõuke - uued kiirused, vahemikud ja kõrgused ning veelgi rohkem sõitjaid.
1960–70. Esimesed ülehelikiirusega ja laia kerega reisilennukid on lennundus taskukohasem.
1980-90. Pidurdamine. Areng muutub järjest kallimaks, arendusettevõtted ühenduvad hiiglaslikeks ettevõteteks. Ja lennukid on üksteisega järjest sarnasemad.
2000. aastad. Piir. Kaks hiiglast, Boeing ja Airbus, teevad väliselt ühesuguseid masinaid ja ülehelikiirusega reisilennukid on üldse välja surnud.
Kui tõlgite need saavutused numbriteks, saate järgmise pildi:
Astronautikas on olukord täpselt sama:
Selguse huvides saab S-kõvera graafiku selle taseme saavutamiseks katta kulude graafikuga:
Ja meie "tänase päeva" kurbus on see, et olemasolevate tehnoloogiatega astronautikas oleme lähedal küllastustasemele. Tehniliselt saab mehitatud versioonis lennata Kuule ja isegi Marsile, kuid kuidagi on rahast kahju.
Pange KC - saate raskust
Järgmine kurb aspekt, mis aeglustab kriipsu kosmosesse, on see, et midagi väga väärtuslikku pole veel avastatud, mille jaoks tasub raha kulutada kosmoseuuringutele väljaspool Maa orbiiti. Pange tähele, et madalal orbiidil on palju kommertssatelliite - side, teler ja Internet, meteoroloogilised, kartograafilised. Ja neil kõigil on käegakatsutavad rahalised eelised. Ja mis kasu on mehitatud missioonist Kuule? Siin on ametlik nimekiri USA kuuprogrammi tulemustest, mille väärtus on umbes 170 miljardit dollarit (2005. aasta hindades):
Kuu ei ole esmane objekt, see on maismaa planeet, oma evolutsiooni ja sisestruktuuriga, mis sarnaneb Maaga.
Kuu on iidne ja säilitab maismaa planeetide esimese miljardi aasta arengulugu.
Noorimad kuukivimid on umbes sama vanad kui vanimad maised kivimid. Varasemate protsesside ja sündmuste jälgi, mis võivad Kuud ja Maad mõjutada, võib nüüd leida ainult Kuult.
Kuu ja Maa on geneetiliselt seotud ja moodustunud ühise materjalide komplekti erinevatest proportsioonidest.
Kuu on elutu ega sisalda elusorganisme ega kohalikke orgaanilisi aineid.
Kuukivimid pärinevad kõrgel temperatuuril toimuvatest protsessidest ilma vee osaluseta. Neid liigitatakse kolme tüüpi: basaltid, anortosiidid ja bretsiad.
Juba ammu oli Kuu sulanud väga sügavale ja moodustas magmaookeani. Kuu mäed sisaldavad selle ookeani pinnal hõljunud varajaste madala tihedusega kivimite jäänuseid.
Magmaookeani moodustasid mitmed tohutud asteroidimõjud, mis moodustasid laavavooludega täidetud basseinid.
Kuu on mõnevõrra asümmeetriline, mis võib olla tingitud Maa mõjust.
Kuu pind on kaetud kivimitükkide ja tolmuga. Seda nimetatakse Kuu regoliidiks ja see sisaldab Päikese ainulaadset kiirgusajalugu, mis on oluline Maa kliimamuutuste mõistmiseks.
See kõik on väga huvitav (nalja ei tehta), kuid kõigil neil teadmistel on korvamatu puudus - te ei saa seda leivale määrida, bensiinipaaki valada ega sellest maja ehitada. Kui kosmose avarustest avastataks teatud "elerium", "tiberium" või muu shishdostanium, mida saaks kasutada järgmiselt:
Kulutasuv energiaallikas.
Millegi väärtusliku ja kasuliku tootmise lahutamatu osa.
Põhimõtteliselt uue kvaliteediga toit / ravim / vitamiin.
Luksuskaup või naudinguallikas.
Kui see kasvas ka ainult Marsil või asteroidide vööndis (ja seda Maal ei reprodutseerita) ja seda saaksid kaevandada ainult inimesed (et kaval inimkond ei saadaks odavamaid ja pretensioonitumaid roboteid), oleks hindamatu stiimuli mehitatud kosmoseuuring. Ja tema puudumisel võib inimkond pessimistliku stsenaariumi korral 2020. aastatel kaotada püsiva kohaloleku ka maa lähedal orbiidil - poliitikute purustatud rahvusvahelise koostöö pottide taustal võivad maksumaksjad küsida: "Miks on meil pärast ISS-i vaja uut jaama?"
Tsiolkovski valemi needus
Siin see on, kosmonautika nemesis:
Siin:
V on raketi lõplik kiirus.
I - mootori spetsiifiline impulss (mitu sekundit võib mootor ühe kilogrammi kütusega tekitada tõukejõu 1 Newton)
M1 on raketi algmass.
M2 on raketi lõplik mass.
V täispaakide puhul on iseloomulik kiirusepiir, st kiirusepiir, millega saame vajadusel kiirendada / aeglustada. Seda nimetatakse ka delta-V marginaaliks (delta tähistab muutust, st see on kiiruse muutumise varu).
Mis siin probleem on? Võtame kaardi päikesesüsteemi jaoks vajalikest kiiruse muutustest:
Kujutame nüüd ette, et tahame lennata Marsile ja tagasi. See ulatub:
9400 m / s - algab Maast.
3210 m / s - lahkumine Maa orbiidilt.
1060 m / s - Marsi pealtkuulamine.
0 m / s - sisenemine Marsi madalale orbiidile (valge kolmnurk tähendab võimalust pidurdada atmosfääri vastu).
0 m / s - maandumine Marsil (aeglustame atmosfääri).
3800 m / s - algus Marsilt.
1440 m / s - kiirendus Marsi orbiidilt.
1060 m / s - Maa pealtkuulamine.
0 m / s - sisenemine madalale Maa orbiidile (aeglustame atmosfääri suhtes).
0 m / s - maandumine Maale (aeglustame atmosfääri).
Tulemuseks on ilus näitaja 19970 m / s, mille ümardame kuni 20 000 m / s. Olgu meie rakett ideaalne ja kütuse maht ei mõjuta selle massi mingil viisil (paagid, torujuhtmed ei kaalu midagi). Proovime arvutada raketi algmassi sõltuvuse lõplikust massist ja spetsiifilisest impulsist. Tsiolkovski valemi teisendamisel saame:
M1 = eV / I * M2
Kasutame tasuta matemaatilist paketti Scilab. Võtame lõpliku massi vahemikku 10-1000 tonni, erimpulss varieerub vahemikus 2000 m / s (keemilised mootorid hüdrasiinil) kuni 200 000 m / s (teoreetiline hinnang elektrilise tõukejõu mootori maksimaalsele impulsile tänaseks). Pean kohe ütlema, et maksimaalse massi ja minimaalse impulsi jaoks on see väärtus väga suur (22 miljonit tonni), nii et kuvaskaala on logaritmiline.
[m2 I] = võrgusilma (10: 50: 1000,2000: 5000: 200000);
m1 = log (eksp (20000 * I. ^ - 1). * m2);
surf (m2, I, m1)
See kaunis graafik on tegelikult keemiliste mootorite visuaalne otsus. See pole uudis - keemiamootorite puhul, nagu praktika suurepäraselt näitab, saate tavaliselt käivitada väikseid sonde, kuid isegi meeskonnaga Kuule lendamine on juba mõnevõrra keeruline.
Kergendame oma tingimusi. Esiteks oletame, et alustame Maa orbiidilt ja 20 km / s asemel vajame 10. Teiseks lõikame ära ebaefektiivsete keemiliste mootorite "saba", seades minimaalseks väärtuseks I 4400 m / s (Space Shuttle vesinikmootori AI RS-25):
[m2 I] = võrgusilma (10: 50: 1000,4400: 5000: 200000);
m1 = log (eksp (10000 * I. ^ - 1). * m2);
surf (m2, I, m1)
Logaritmiline skaala:
Lineaarne skaala:
Me loobume täielikult keemiamootoritest. NERVA tuumamootori tehisintellekt oli 9000 sekundit. Arvutame ümber:
[m2 I] = võrgusilma (10: 50: 1000.9000: 5000: 200000);
m1 = exp (10000 * I. ^ - 1). * m2;
surf (m2, I, m1)
Lineaarne skaala:
Miks ma kordan neid monotoonseid graafikuid? Fakt on see, et "optimismi põhjuseks" määratud tasane ala näitab, et kui ilmuvad mootorid, mille tehisintellekt on üle 50 000 m / s, on enam-vähem talutavalt võimalik lennata ilma laevadeta, mille algmass on Päikesesüsteemis. Ja juba olemasolevate elektrimootorite mootorite ID on 25000-30000 m / s (näiteks SPD 2300).
Siiski on vaja mõista, et optimismi põhjus on väga vaoshoitud. Esiteks tuleb need tuhanded tonnid toimetada Maa orbiidile (mis on äärmiselt keeruline). Teiseks on olemasolevatel elektrimootoritel väike tõukejõud ja sobiva kiirendusega kiirendamiseks on vaja paigaldada mitme megavattised reaktorid.
Ehitame veel ühe huvitava graafiku. Andke meile teada lõplik mass - 1000 tonni. Ehitagem algmassi sõltuvus konkreetsest impulsist ja lõppkiirusest:
[VI] = võrgusilma (10000: 2000: 100000,50000: 5000: 200000);
m1 = eksp (V. * (I. ^ - 1)) * 1000;
surf (V, I, m1)
See graafik on huvitav selle poolest, et see on mõnes mõttes pilk inimkonna kaugemasse tulevikku. Kui tahame mugavat ja kiiret lendu üle Päikesesüsteemi, siis peame konkreetse impulsi valdamisel minema ühe suurusjärgu võrra kõrgemale - vajame mootoreid, mille tehisintellekt on mitusada tuhat meetrit sekundis.
Siin pole ühtegi kala
Inimkonda eristab kavalus ja leidlikkus. Seetõttu on kosmosele juurdepääsu hõlbustamiseks välja mõeldud palju ideid. Üks olulisemaid parameetreid, mis iseloomustavad barjääri, millest soovime üle hüpata, on kilogrammi orbiidile viimise hind. Nüüd on erinevate kanderakettide erinevate hinnangute kohaselt (see veerg on Wikist eemaldatud, siin näiteks mõni muu allikas) madalal Maa orbiidil see hind vahemikus 4000–13 000 dollarit kilogrammi kohta. Mida proovisite välja mõelda, et oleks lihtsam, lihtsam ja odavam jõuda vähemalt maa lähedale orbiidile?
Korduvkasutatavad süsteemid. Ajalooliselt on see idee kosmosesüstiku programmis juba korra läbi kukkunud. Nüüd teeb seda Elon Musk, plaanides esimese etapi istutada. Tahaksin talle edu soovida, kuid mineviku ebaõnnestumise põhjal ei usu, et see oleks kvalitatiivne läbimurre. Parimal juhul langeb hind mõne protsendi võrra.
Ühe etapi orbiidile. Ta ei läinud projektidest kaugemale, hoolimata korduvatest katsetest.
Õhustart. Väikese kasuliku koormuse jaoks on olemas edukas projekt, kuid see ei sobi raskete koormuste jaoks.
Raketiteta kosmoseseade. Leiutatud on palju projekte, kuid kõigil neil on saatuslik viga - vaja on astronoomilisi investeeringuid, mida ei saa "uuesti kätte saada" ilma projekti täieliku lõpuleviimiseta. Kuni kosmoselift, purskkaev või massijuht pole täielikult ehitatud ja vette lastud, pole sellest kasu.
Kui süda rahuneb
Kuidas saate pärast neid kurbi mõtisklusi rõõmustada? Mul on kaks argumenti - üks abstraktne ja põhimõtteline, teine konkreetsem.
Esiteks ei ole progress tervikuna üks S-kõver, vaid palju neist, mis moodustab just sellise optimistliku pildi:
Lennunduse ajaloos võib eristada näiteks:
Ja kindlasti seisame kosmonautika arengus sarnases punktis. Jah, nüüd on teatav paigalseis ja isegi tagasipööramine on võimalik, kuid inimkond koos oma parimate esindajate peadega murrab läbi teadmiste müüri ja kusagil, veel märkamata, murravad läbi uue tuleviku võrsed.
Teine argument on uudis tuuma reaktori väljatöötamisest transpordi- ja energiamooduli jaoks, mis läheb ilma suurema kärata:
Viimased uudised selle projekti kohta olid suvel - esimene TVEL pandi kokku. Töö, ehkki regulaarse avalikustamiseta, ilmselgelt käib ja võib loota lähiaastate ilmumisele põhimõtteliselt uus aparaat - elektrimootoriga tuumapuksiir.
P. S
Need on mõnevõrra räbalad mõtted, nimetagem neid esimeseks korduseks. Tahaksin saada tagasisidet - võib-olla jäin millestki ilma või määratlesin nähtuse olulisuse valesti. Kes teab, võib-olla saate pärast tagasiside töötlemist ühtsema kontseptsiooni või pakute midagi huvitavat?
Avor: lozga
