Visā divdesmitajā gadsimtā zinātniskās fantastikas rakstnieki daudz un talantīgi rakstīja par kosmosa izpēti. "Chius" varoņi deva cilvēcei Urāna Golconda bagātības, pilots Pirks strādāja par kosmosa sauso kravu kuģu kapteini, līderi-konteineru pārvadātāji un beramkravu kuģi staigāja pa Saules sistēmu, un es nerunāju par jebkādu mistiku par ceļošanu uz noslēpumainiem monolītiem.
Tomēr 21. gadsimts nav attaisnojis cerības. Cilvēce kautrīgi stāv Kosmosa gaitenī, pastāvīgi neizkāpjot ārpus zemes orbītas. Kāpēc tas notika un uz ko cerēt tiem, kuri vēlētos lasīt ziņās par Marsa ābeļu ražas palielināšanu?
Vijolnieks nav vajadzīgs
Pirmais paradokss, ar kuru mēs saskārāmies, ir tas, ka cilvēki nav vispiemērotākais subjekts kosmosa izpētei. Zinātniskās fantastikas rakstnieki, kas nāca klajā ar kosmosa ekspedīcijām, varēja paļauties tikai uz Zemes pionieru - jūrnieku, polāro pētnieku, pirmo lidotāju - vēsturisko pieredzi. Patiešām, ar ko Marsa iekarošana atšķirtos no dienvidpola iekarošanas?
Un šeit un tur vide nav piemērota dzīvei bez iepriekšējas sagatavošanās, jums jāņem līdzi piederumi, un jūs nevarat iet ārpus kuģa vai mājās, neuzvelkot īpašu aprīkojumu. Bet zinātniskās fantastikas rakstnieki un futūristi nevarēja paredzēt elektronikas un robotikas attīstību, un robotu pētniekus parasti aprakstīja anekdotiski:
“Man vajadzēja pusstundu atrauties no vēstules un uzklausīt kaimiņa, kibernetista Ščerbakova sūdzības. Jūs droši vien zināt, ka uz ziemeļiem no raķešu palaišanas iekārtas tiek būvēta grandioza pazemes urāna un transuranīda pārstrādes rūpnīca. Cilvēki strādā sešās maiņās. Roboti - visu diennakti; brīnišķīgas mašīnas, pēdējais vārds praktiskajā kibernētikā. Bet, kā saka japāņi, arī pērtiķis nokrīt no koka. Tagad Ščerbakovs ieradās pie manis, dusmīgs kā velns, un teica, ka šo mehānisko idiotu banda (viņa paša vārdiem) šovakar nozaga vienu no lielajiem rūdas krātuvēm, acīmredzot kļūdaini uzskatot to par neparasti bagātu depozītu. Robotiem bija dažādas programmas, tāpēc līdz rīta daļai noliktavas daļa nonāca raķetes palaišanas iekārtas noliktavās, daļa pie ieejas ģeoloģiskajā nodaļā, un daļa no tā nebija vispārzināma. Meklēšana turpinās."
Reklāmas video:
Bet neviens no labi pazīstamajiem autoriem neuzminēja, ka kosmosa izpētes robotam ir daudz priekšrocību salīdzinājumā ar cilvēku:
Atšķirībā no cilvēka, robotam ir nepieciešama tikai jauda un siltuma līdzsvars. Nav nepieciešams nēsāt līdzi desmitiem tonnu siltumnīcu, pārtiku, ūdeni, skābekli, apģērbu un higiēnas līdzekļus, zāles un citas lietas.
Robotu var nosūtīt vienā virzienā, neatgriežoties.
Robots ir spējīgs strādāt gadiem ilgi. Voyagers, Mars roveru vai Cassini pieredze liecina, ka tagad pareizāk ir runāt nevis par gadiem, bet gan par gadu desmitiem.
Robots spēj strādāt gadiem ilgi apstākļos, kas cilvēkiem ir letāli. Galileo zonde saņēma devu, kas 25 reizes pārsniedza cilvēku letālo devu, un pēc tam orbītā strādāja 8 gadus.
Rezultātā izrādījās, ka tikai roboti, kuru svars ir vairākas tonnas, iekļaujas cilvēces tehniskajās iespējās, lai tos par saprātīgu naudu nosūtītu uz citām planētām, un kļuva par vienīgo veidu, kā apmierināt zinātnisko zinātkāri un iegūt skaistas fotogrāfijas.
Mēs dzīvojam loģistikas līknē
Otra zinātniskās fantastikas rakstnieku kļūda bija tā, ka viņi paredzēja lineāru vai pat eksponenciālu astronautikas attīstību. Kaut arī tālajā 1838. gadā tika atklāta tāda parādība kā loģistikas līkne. Kas ir šis briesmīgais zvērs? Kā piemēru ņemiet aviācijas vēsturi:
1900. gadi. Pirmie neveiklie grāmatu skapji, pirmie ieraksti - lidojumi vairākus kilometrus ar vienu pasažieri.
1910. gads. Pirmie skauti, kaujinieki, bumbvedēji, pasta un pasažieru lidmašīnas.
1920.-1930. Apgūstot lidojumus naktī, pirmie starpkontinentālie lidojumi.
1940. gadi. Aviācija ir nopietns militārais un transporta spēks.
1950. gadi. Reaktīvie dzinēji dod jaunu impulsu aviācijas attīstībai - jauni ātrumi, diapazoni un augstumi un vēl vairāk pasažieru.
1960.-70. Pirmie virsskaņas un plaša korpusa pasažieru lidaparāti - aviācija ir pieejamāka.
1980.-90. Bremzēšana. Attīstība kļūst arvien dārgāka, attīstības firmas apvienojas milzu uzņēmumos. Un lidmašīnas arvien vairāk līdzinās viena otrai.
2000. gadi. Ierobežot. Abi giganti - Boeing un Airbus - ražo ārēji identiskas mašīnas, un virsskaņas pasažieru lidmašīnas vispār ir izmirušas.
Ja tulkojat šos sasniegumus skaitļos, iegūstat šādu attēlu:
Astronautikā situācija ir tieši tāda pati:
Skaidrības labad S-līknes diagrammu var pārklāt ar izmaksu grafiku, lai sasniegtu šo līmeni:
Un mūsu "šodienas" skumjas ir tādas, ka astronautikā ar esošajām tehnoloģijām mēs esam tuvu piesātinājuma līmenim. Tehniski var lidot pilotētā versijā uz Mēnesi un pat Marsu, bet kaut kā žēl naudas.
Ielieciet KC - jūs saņemsiet gravitāciju
Nākamais skumjais aspekts, kas palēnina domuzīmi kosmosā, ir tas, ka vēl nav atklāts kaut kas ļoti vērtīgs, par kuru ir vērts tērēt naudu kosmosa izpētei ārpus Zemes orbītas. Lūdzu, ņemiet vērā, ka zemas zemes orbītā ir daudz komerciālu satelītu - sakari, TV un internets, meteoroloģiskie, kartogrāfiskie. Un viņiem visiem ir taustāmi, naudas ieguvumi. Un kāda ir cilvēka pavadīta misija uz Mēnesi? Šeit ir oficiālais ASV Mēness programmas rezultātu saraksts, kura vērtība ir aptuveni 170 miljardi USD (2005. gada cenās):
Mēness nav galvenais objekts, tas ir zemes planēta ar savu evolūciju un iekšējo uzbūvi, līdzīgu Zemei.
Mēness ir sens un saglabā zemes planētu evolūcijas pirmo miljardu gadu vēsturi.
Jaunākie Mēness ieži ir aptuveni tādā pašā vecumā kā vecākie zemes ieži. Agrāko procesu un notikumu pēdas, kas, iespējams, ir ietekmējušas Mēnesi un Zemi, tagad ir atrodamas tikai uz Mēness.
Mēness un Zeme ir ģenētiski saistītas un veidotas no dažādām kopēja materiālu komplekta proporcijām.
Mēness ir nedzīvs un tajā nav dzīvo organismu vai vietējo organisko vielu.
Mēness ieži cēlušies no augstas temperatūras procesiem bez ūdens līdzdalības. Tos klasificē trīs veidos: bazalti, anortozīti un brekijas.
Jau sen Mēness bija izkusis lielā dziļumā un veidoja magmas okeānu. Mēness kalnos ir agrīnu, zema blīvuma iežu paliekas, kas peldēja uz šī okeāna virsmas.
Magmas okeānu veidoja virkne milzīgu asteroīdu triecienu, kas veidoja lavas plūsmām piepildītus baseinus.
Mēness ir nedaudz asimetrisks, iespējams, Zemes ietekmes dēļ.
Mēness virsmu klāj klinšu gabali un putekļi. To sauc par Mēness regolītu, un tajā ir Saules unikālā starojuma vēsture, kas ir svarīga, lai izprastu klimata izmaiņas uz Zemes.
Tas viss ir ļoti interesanti (bez jokiem), taču visām šīm zināšanām ir neatgriezenisks trūkums - jūs to nevarat izplatīt uz maizes, ieliet benzīna tvertnē vai no tā uzcelt māju. Ja kosmosa plašumos tiktu atklāts noteikts "elerijs", "tiberijs" vai cits šishdostāns, ko varētu izmantot kā:
Rentabls enerģijas avots.
Neatņemama sastāvdaļa kaut ko vērtīgu un noderīgu ražošanā.
Pārtika / zāles / vitamīns ar pilnīgi jaunu kvalitāti.
Greznība vai prieka avots.
Ja tas arī augtu tikai uz Marsa vai asteroīdu joslā (un tas netika pavairots uz Zemes) un to varētu mīnēt tikai cilvēki (lai viltīga cilvēce nesūtītu lētākus un nepretenciozākus robotus), tad nenovērtējamu stimulu gūtu kosmosa izpēte ar cilvēkiem. Un viņa prombūtnes laikā pesimistiskajā scenārijā 2020. gados cilvēce var zaudēt pastāvīgu klātbūtni pat zemes tuvumā esošajā orbītā - uz politiķu lauztās starptautiskās sadarbības podu fona nodokļu maksātāji var jautāt: "Kāpēc mums pēc ISS nepieciešama jauna stacija?"
Ciolkovska formulas lāsts
Šeit tas ir, kosmonautikas nemesis:
Šeit:
V ir raķetes galīgais ātrums.
I - specifisks motora impulss (cik sekundes motors uz 1 kilogramu degvielas var radīt 1 ņūtonu)
M1 ir raķetes sākotnējā masa.
M2 ir raķetes galīgā masa.
V pilnu cisternu gadījumā būs raksturīgā ātruma rezerve, t.i., ātruma rezerve, ar kuru mēs vajadzības gadījumā varam paātrināt / palēnināt. To sauc arī par delta-V robežu (delta nozīmē pārmaiņas, t.i. tā ir ātruma izmaiņu rezerve).
Kāda šeit ir problēma? Ņemsim Saules sistēmai nepieciešamo ātruma izmaiņu karti:
Tagad iedomāsimies, ka mēs vēlamies lidot uz Marsu un atpakaļ. Tas būs:
9400 m / s - sākums no Zemes.
3210 m / s - atstājot Zemes orbītu.
1060 m / s - Marsa pārtveršana.
0 m / s - nokļūšana Marsa zemajā orbītā (baltais trīsstūris nozīmē iespēju bremzēt pret atmosfēru).
0 m / s - nolaišanās uz Marsa (mēs palēninām atmosfēru).
3800 m / s - sākums no Marsa.
1440 m / s - paātrinājums no Marsa orbītas.
1060 m / s - Zemes pārtveršana.
0 m / s - nokļūšana zemā Zemes orbītā (mēs samazinām tempu pret atmosfēru).
0 m / s - piezemēšanās uz Zemes (mēs palēninām atmosfēru).
Rezultāts ir skaista 19970 m / s figūra, kuru noapaļojam līdz 20 000 m / s. Ļaujiet mūsu raķetei būt ideālai, un degvielas tilpums nekādā veidā neietekmē tās masu (tvertnes, cauruļvadi neko nesver). Mēģināsim aprēķināt raķetes sākotnējās masas atkarību no galīgās masas un specifiskā impulsa. Pārveidojot Ciolkovska formulu, mēs iegūstam:
M1 = eV / I * M2
Izmantosim bezmaksas matemātisko paketi Scilab. Mēs pieņemam galīgo masu diapazonā no 10 līdz 1000 tonnām, īpatnējais impulss svārstīsies no 2000 m / s (ķīmiskie dzinēji uz hidrazīna) līdz 200 000 m / s (teorētiski aprēķināts elektriskā dzinēja maksimālais impulss šodienai). Uzreiz jāsaka, ka maksimālajai masai un minimālajam impulsam būs ļoti liela vērtība (22 miljoni tonnu), tāpēc displeja skala būs logaritmiska.
[m2 I] = tīkla režģis (10: 50: 1000,2000: 5000: 200000);
m1 = žurnāls (exp (20000 * I. ^ - 1). * m2);
sērfot (m2, I, m1)
Šis skaistais grafiks faktiski ir vizuāls spriedums ķīmiskajiem dzinējiem. Tas nav jaunums - par ķīmiskiem dzinējiem, kā to lieliski parāda prakse, parasti var palaist mazas zondes, taču pat lidot uz Mēnesi ar apkalpi jau ir nedaudz grūti.
Atvieglosim savus apstākļus. Pirmkārt, pieņemsim, ka mēs sākam no Zemes orbītas, un 20 km / s vietā mums vajag 10. Otrkārt, mēs nogriežam neefektīvu ķīmisko dzinēju "asti", nosakot minimālo I vērtību 4400 m / s (Space Shuttle ūdeņraža dzinēja AI RS-25):
[m2 I] = tīkla režģis (10: 50: 1000,4400: 5000: 200000);
m1 = log (exp (10000 * I. ^ - 1). * m2);
sērfot (m2, I, m1)
Logaritmiskā skala:
Lineārā skala:
Atteiksimies pilnībā no ķīmiskiem dzinējiem. NERVA kodoldzinēja AI bija 9000 sekundes. Pārrēķināsim:
[m2 I] = tīkla režģis (10: 50: 1000.9000: 5000: 200000);
m1 = exp (10000 * I. ^ - 1). * m2;
sērfot (m2, I, m1)
Lineārā skala:
Kāpēc es atkārtoju šos vienmuļos grafikus? Fakts ir tāds, ka līdzenais laukums, kas apzīmēts kā "optimisma iemesls", parāda, ka, parādoties motoriem, kuru AI ir lielāks par 50 000 m / s, Saules sistēmā būs iespējams lidot vairāk vai mazāk panesami bez kuģiem, kuru sākuma masa ir miljoniem tonnu. Un jau pastāvošajiem elektrisko dzinēju ID ir 25000-30000 m / s (piemēram, SPD 2300).
Tomēr ir jāsaprot, ka optimisma iemesls ir ļoti ierobežots. Pirmkārt, šie tūkstoši tonnu jānogādā uz Zemes orbītu (kas ir ārkārtīgi grūti). Otrkārt, esošajiem elektriskajiem dzinējiem ir maza vilce, un, lai paātrinātu ar piemērotu paātrinājumu, jāuzstāda daudz megavatu reaktori.
Veidosim vēl vienu interesantu grafiku. Paziņojiet mums galīgo masu - 1000 tonnas. Konstruēsim sākotnējās masas atkarību no konkrētā impulsa un gala ātruma:
[VI] = tīkla režģis (10000: 2000: 100000,50000: 5000: 200000);
m1 = exp (V. * (I. ^ - 1)) * 1000;
sērfot (V, I, m1)
Šis grafiks ir interesants ar to, ka tas savā ziņā ir ieskats cilvēces tālākā nākotnē. Ja mēs vēlamies ērtu un ātru lidojumu pāri Saules sistēmai, tad, apgūstot konkrēto impulsu, mums būs jāiet par vienu pakāpi augstāk - mums būs nepieciešami dzinēji, kuru ID ir vairāki simti tūkstoši metru sekundē.
Zivju šeit nav
Cilvēce atšķiras ar viltību un atjautību. Tāpēc ir izgudrotas daudzas idejas, lai atvieglotu piekļuvi kosmosam. Viens no svarīgākajiem parametriem, kas raksturo barjeru, kurai mēs vēlamies pāriet, ir kilograma ievietošanas orbītā izmaksas. Tagad, saskaņā ar dažādiem aprēķiniem (šī sleja ir izņemta no Wiki, šeit, piemēram, cits avots) dažādiem nesējraķetēm, šī cena ir zemas Zemes orbītas robežās no 4000 līdz 13000 USD par kilogramu. Ko jūs mēģinājāt izdomāt, lai būtu vieglāk, vieglāk un lētāk nokļūt vismaz zemes tuvumā esošajā orbītā?
Atkārtoti izmantojamas sistēmas. Vēsturiski šī ideja jau vienreiz ir izgāzusies Space Shuttle programmā. Tagad Elons Musks to dara, plānojot iestādīt pirmo posmu. Es gribētu novēlēt viņam visus panākumus, taču, ņemot vērā pagātnes neveiksmi, es nedomāju, ka tas būs kvalitatīvs izrāviens. Labākajā gadījumā izmaksas samazināsies par dažiem procentiem.
Viena posma orbītā. Viņa nepārsniedza projektus, neskatoties uz atkārtotiem mēģinājumiem.
Gaisa starts. Ir veiksmīgs projekts nelielai kravai, taču tas nav piemērots lielām kravām.
Kosmosa palaišana bez raķetēm. Ir izgudrots daudz projektu, taču visiem tiem ir liktenīgs trūkums - nepieciešami astronomiski ieguldījumi, kurus nevar "atgūt" bez pilnīgas projekta pabeigšanas. Kamēr kosmosa lifts, strūklaka vai masveida vadītājs nav pilnībā uzbūvēts un palaists, no tā nav nekādas peļņas.
Nekā sirds nomierināsies
Kā jūs varat uzmundrināt pēc šīm skumjām pārdomas? Man ir divi argumenti - viens abstrakts un fundamentāls, otrs konkrētāks.
Pirmkārt, progress kopumā nav viena S-līkne, bet gan daudzi no tiem, kas veido tik optimistisku ainu:
Aviācijas vēsturē var atšķirt, piemēram:
Un, protams, mēs stāvam līdzīgā kosmonautikas attīstības punktā. Jā, tagad ir zināma stagnācija, un ir iespējama pat atcelšana, taču cilvēce ar savu labāko pārstāvju galvām izlaužas cauri zināšanu sienai, un kaut kur, vēl nepamanīti, izlaužas jaunas nākotnes dzinumi.
Otrais arguments ir ziņas par kodolreaktora izstrādi transporta un enerģijas moduļiem, kas iet bez lielas satraukuma:
Jaunākās ziņas par šo projektu bija vasarā - tika samontēts pirmais TVEL. Darbs, kaut arī bez regulāras publicitātes, acīmredzami turpinās, un nākamajos gados var cerēt uz principiāli jauna aparāta - kodolvilcēja ar elektrisko dzinēju - parādīšanos.
P. S
Tās ir nedaudz nekoptas domas, sauksim tās par pirmo atkārtojumu. Es gribētu saņemt atsauksmes - varbūt es kaut ko nokavēju vai nepareizi definēju parādības nozīmi. Kas zina, varbūt pēc atsauksmju apstrādes jūs iegūsiet saskaņotāku koncepciju vai izdomāsiet kaut ko interesantu?
Avor: lozga