Форсаж 2

Feb 01, 2024 21:43

В прошлый раз уважаемое сообщество в общем и целом пришло к выводу, что, при большом желании запустить Вояджер 3 так, чтобы он обогнал предыдущие, в целом - возможно, но слишком либерально не очень нужно ( Read more... )

значит до физики Краевича вы не дошли?, Юра мы всё пролетали

Leave a comment

_sudar February 2 2024, 04:20:56 UTC

Добавлю к написанному выше комрадом 75dc287ea30b451.

При гравитационных маневрах на высоких скоростях будут два варианта: либо аппарат покинет солнечную систему с малой скоростью (для межзвездных полетов), либо должен будет вернуться обратно для повторных маневров, но в этом случае орбита возвращения будет настолько вытянута (из-за больших скоростей), что каждый следующий маневр придется ждать 10-100 лет как какую-нибудь комету, если повезет.

И второе. Допустим удалось разогнаться. Это ведь только треть дела. Опускаем сам перелет, который весьма опасен для бортовой электроники и самого аппарата.

Тормозить то как будем? В идеальном варианте сколько разгонялись, столько и тормозим. 100 лет на разгон, 100 лет на торможение.

И гравитационные маневры уже не помогут, так как нет данных о массах и траекториях планет на месте.

А просто пролет на скорости 30.000 км/с мало что даст в научном плане. Так как что-то диаметром с Солнечную Систему аппарат пролетит насквозь за 83 дня. При этом на изучение планет в области Златовласки у него будет всего 1.5 дня (плюс-минус).

Reply

smirnfil February 2 2024, 07:00:48 UTC

Ну к Плутону без торможения слетали и полезную информацию получили. Так что если бы это можно было достичь за разумные деньги можно было бы попытаться. Но пока нельзя.

Reply

_sudar February 2 2024, 13:08:36 UTC

Погодите, к Плутону разве на 30.000 км/с летели? Проблема в том, что нужно:

- сначала развить такую скорость (что маневрами, что двигателями это займет не один десяток лет)

- потом долететь (еще 50 лет на скорости 30.000 км/с)

- потом затормозить (еще столько же лет, сколько разгонялись, тут физику не обмануть)

Потому что если не затормозить, то у аппарата будет всего 1.5 дня, чтобы полностью пролететь например диаметр орбиты Земли, а это 150 млн. км. При этом слишком тонкая измерительная аппаратура будет слишком ненадежная для таких путешествий, а любая другая будет давать приемлемые данные вообще в течении пары часов пролета максимум.

Для сравнения, "Новые горизонты" исследовал Плутон аж 6 месяцев.

Reply

smirnfil February 2 2024, 13:32:58 UTC

К Плутону летели не на 30000, но это была именно схема с пролетом - давайте получим, что получим хотя времени у нас нет. 6 месяцев у Горизонтов можно насчитать только если считать с момента включения(конец декабря до пролета это июль) Можете посмотреть в вики какую каринку получали в апреле. По факту где-то с мая пошла какая-то серъезная инфа. А нормальных данных(уровня Кассини, которые годами висел у Сатурна) там хорошо если на два дня. Так и с пролетом через солнечную систему на 0.1 с у вас будет примерно столько же времени как и с пролетом горизонтов вокруг Плутона. Какая-то инфа пойдет задолго до вхождения в систему, что-то вы сумеете посмотреть в процессе. Понятно, что схема имеет огромные недостатки, но если транспорт только такой, то что делать.

Reply

_sudar February 3 2024, 02:13:52 UTC

- По факту где-то с мая пошла какая-то серъезная инфа. А нормальных данных там хорошо если на два дня.

Так я об этом и пишу. Либо 100 лет торможения и болтаемся на орбите обитаемой планеты, наблюдаем, изучаем. Либо пролет и пара часов на все про все максимум.

Отдельно нужно учесть допэффекты у измерительной аппаратуры при движении на 0.1с сквозь солнечный звездный ветер - атмосферу внутри той звездной системы.

Reply

smirnfil February 3 2024, 02:24:06 UTC

Так я не спорю, я просто утверждаю, что и пролет это довольно ценно - если бы его можно было сделать за разумные деньги, то его стоило бы сделать. Но пока это все очень теоретический спор.

Reply

_sudar February 5 2024, 04:02:22 UTC

Согласен.

Reply

75dc287ea30b451 February 2 2024, 15:54:38 UTC
"либо аппарат покинет солнечную систему с малой скоростью (для межзвездных полетов), либо должен будет вернуться обратно для повторных маневров"

Возвращение обратно тоже не подарок: оно означает, что его скорость меньше третьей космической, что у Земли составляет всего лишь 46,9 км/с относительно Солнца - для межзвездных полетов это как-то не очень. :)

Кстати, только что с удивлением узнал, что оказывается, за всю историю космических полетов всего один-единственный аппарат был запущен со скоростью, превышающей третью космическую: американский "Новые горизонты" в 2006 году - и он таки да, набрал эту скорость именно за счет добавочных 4 км/с от гравитационного маневра у Юпитера. Все остальные Вояджеры-Пионеры имеют скорость меньше третьей космической, то есть они к нам сюда еще вернутся обратно, ободрав о вакуум дюраль, хотя и нескоро.

Reply

loki_from_if February 2 2024, 17:17:40 UTC
Ух ты.
А примерное время возвращения известно?

Reply

75dc287ea30b451 February 2 2024, 17:34:18 UTC
Виноват. Прошу прощения, ошибся - неправильно прочитал вот этот текст в вики, не обратив внимания на слова "окрестности Земли":

"На начало 2023 г. ни один космический аппарат не покидал окрестностей Земли с третьей космической скоростью. Наибольшей скоростью покидания Земли обладал КА Новые горизонты; эта скорость составила 16,26 км/с (гелиоцентрическая скорость 45 км/с), что меньше третьей космической на 0,34 км/с. Но за счёт гравитационного манёвра у Юпитера в 2007 году он ещё прибавил 4 км/c, что позволит ему в будущем уверенно покинуть гелиосферу. На момент окончания основной части своей миссии (исследование Плутона) КА «Новые горизонты» удалялся от Солнца с гелиоцентрической скоростью около 14 км/с. Аналогичным образом ускорялись и другие КА, уже покинувшие гелиосферу (Вояджер-1, Вояджер-2, Пионер-10 и Пионер-11). Все они покидали окрестности Земли со скоростями, существенно меньшими третьей космической."

То есть Вояджеры и Пионеры таки набрали третью космическую скорость гравитационными маневрами и назад не вернутся. Это около Земли их скорость была меньше третьей космической, а потом их разогнали.

Reply

loki_from_if February 2 2024, 20:12:43 UTC
Уж виноват, так виноват!
Иные, вон, невежественными идиотами разбрасываются, в вопросе толком не разобравшись.
Спасибо за участие, что-то местами прояснилось.

Reply

_sudar February 3 2024, 02:23:12 UTC

- Возвращение обратно тоже не подарок: оно означает, что его скорость меньше третьей космической

Вы предполагаете, что существует всего два варианта: либо свои двигатели, либо гравитационные маневры. Но вообще их можно и нужно совместить.

И за время витков и маневров, которые занимают годы, будут работать и собственные двигатели, которые может и не будут давать много тяги, зато постоянно в течении долгого времени. И суммарный прирост скорости будет весьма значительным.

Надо наверное оговориться, все же, что мы тут фантазируем, а не сроим конкретный план. На данный момент все равно нет ни таких двигателей, ни аппаратов, способных в 0.1с и чтоб 100+ лет функционировать в дальнем космосе.

Reply

75dc287ea30b451 February 3 2024, 04:18:02 UTC
С гравитационных маневров, как уже говорилось, много не настрижешь - десятки километров в секунду, а значит, остаются только собственные двигатели. С ними же проблема, если грубо, такая: при малой скорости выхлопа для разгона до большой скорости требуется совершенно неправдоподобное количество рабочего тела, которое надо выбрасывать, а с увеличением скорости выхлопа (реактивной струи), ее энергия растет как квадрат ее скорости, и тогда возникают уже проблемы с энергетическим бюджетом - непонятно, откуда ее брать на разгон этой струи до таких скоростей, если обходиться без, скажем, термояда, которого по факту нету.

В принципе, где-то в районе прямого использования энергии деления урана и осколков деления в качестве рабочего тела, есть более или менее подходящий участок на кривой веса аппарата от скорости истечения рабочего тела: килограмм урана-235 дает при делении где-то 8х10^13 Дж энергии, и это максимальный энерговыход, доступный без термояда (ритэги брать не будем, потому что от них ничего даже близко похожего не получить).

Теперь давайте предположим, что мы ухитрились создать такую инженерную конструкцию, которая все до единого осколки деления направит в сторону выхлопа, и этот килограмм бывшего урана тогда разгонится до sqrt(2E)=1,3x10^7 м/с - 13 тысяч км/с. По формуле Циолковского, масса этого урана, нужного, чтобы разогнать килограмм груза до 30 тысяч км/м, составит exp(30/13)-1=10 кило урана на килограмм полезной нагрузки. То есть в принципе задача решаемая, но вот только инженерных конструкций таких не бывает. А так-то чего... тонна аппарата, десять тонн урана или там плутония в качестве рабочего тела (это где-то с тысячу ядерных боеголовок или парочка полных загрузок тысячемегаваттного реактора, которых ему хватило бы лет на пять-десять) - и понеслось.

Ионные же двигатели обладают настолько паршивым кпд, что на килограмм рабочего тела (собственно ионов), они потратят с десяток килограмм того же урана, если не больше (я точно не считал, говорю от потолка) - что понизит эффективную скорость истечения рабочего тела на порядок, ибо на килограмм ионов придется выбрасывать с нулевой скоростью десять кило уранового шлака - считай, паразитного рабочего тела. Эти развлечения хороши на межпланетных скоростях, там они вполне в тему - а на 30 тысячах км/с энергетический бюджет уже не потянет.

Reply

_sudar February 5 2024, 04:08:04 UTC

Да я то согласен, но пофантазировать то можно? Вон, Маск фантазирует про колонию на Марсе, чем мы хуже?

А так то и на Марс регулярно грузы возить не реализуемо в принципе из-за гравитационной ямы нашей планеты.

Насколько я знаю, японцы все еще не бросили идею космического лифта. Если допилят - тогда можно будет и о Марсе подумать.

Reply

75dc287ea30b451 February 5 2024, 06:33:12 UTC
А еще существует офигенно сложно реализуемая технически, но фундаментально простая, как грабли, методика доставки чего угодно на лунную орбиту, основанная на том, что если два аппарата одной массы встречаются на орбите Земли с разными скоростями, но оба движутся параллельно поверхности Земли, то зацепив их тросом друг с другом и раскрутив их на полвитка вокруг общего центра тяжести, мы можем осуществить их обмен скоростями: это типа гравитационного маневра, но с тросом вместо гравитации; они продолжат двигаться по исходным орбитам, но поменявшись на них местами.

Соответственно, если мы с Луны на орбиту запулим тонну лунного грунта, что не особенно энергозатратная операция, то мы можем прицепить ее к аппарату, находящемуся в апогее эксцентричной орбиты, после чего аппарат будет разогнан до круговой скорости и окажется на той же орбите, что и Луна - а тонна лунного грунта свалится, разгоняясь по дороге, в перигей, где сможет аналогично запулить на ту же высокую эксцентричную орбиту еще один аппарат весом в тонну, летящий по низкой круговой орбите - ну и так далее. (Ну, реально это будет многоступенчатый процесс, потому что никакой трос не выдержит рывка такой разницы скоростей в один прием - отчего, собственно, задача и становится технически очень сложной в плане согласования всех орбит и точек встречи, но идея понятна: мы бесплатно меняем местами тонну лунного грунта и тонну на низкой орбите, после чего топим лунный грунт в океане после его естественного торможения в атмосфере.)

На низкую орбиту, правда, выводить все равно придется, а это как-никак 8 км/с, но всё остальное, считай, на халяву - запуск на Луну и запуск на низкую орбиту становятся энергетически почти эквивалентны (там нужно будет еще иметь экскаватор и катапульту на Луне, но зато какие возможности! :)

Reply


Leave a comment

Up