КАК НАМ ОРГАНИЗОВАТЬ ВЫВОЗ АНОБТАНИУМА С МАРСА НА ЗЕМЛЮ?
Только для лиц переросших гуманитарный возраст.
Как нам организовать вывоз анобтаниума с Марса на Землю?
( продолжение темы об использовании в космонавтике даровых запасов потенциальной энергии систем "планета-спутники" и "звезда-планеты")
Схему использования даровых запасов механической энергии спутников Юпитера для ускорения космических аппаратов предварительно можно отработать на марсианских колонистах и продуктах их тяжелого труда. Можно даже только на продуктах, так как колонисты осуждены собираются проживать на Марсе безвылазно. Производимый их тяжелым трудом анобтаниум необходимо поставлять на Землю и лунные базы с минимальными издержками. Здесь и пригодится даровая энергия одного из спутников Марса. Речь идет о Деймосе, так он расположен на краю гравитационной ямы Марса и потому более выгоден, чем низколетящий Фобос. Но когда Деймос будет полностью исчерпан, израсходован на пропеллентные струи, то подойдет очередь и Фобоса.
Вот исходные данные для предварительных расчетов.
Радиус орбиты Деймоса - 23458 км.
Апоцентр орбиты вспомогательного корабля - 23458 км.
Перицентр орбиты вспомогательного корабля - 3496 км (на 100 км больше радиуса Марса).
Средняя орбитальная скорость Деймоса - 1,351 км/с (?)
Скорость вспомогательного корабля в апоцентре - 0,688 км/с (на 0,663 км/с меньше скорости Деймоса).
Скорость вспомогательного корабля в перицентре - 4,618 км/с (на 0,41 км/с меньше 2-й космической скорости).
Минимальная скорость отправки грузовых капсул с низкой орбиты Марса на Землю - 5,7 км/с.
Процедура вывоза ценного анобтаниума из марсианских исправительных колоний осуществляется следующим образом.
На Деймосе организуется автоматическая база, которая служит для сбора реголита, его переработки в рабочее тело (в форме тросов) и частично в ракетное топливо, заправки топливом и перезарядки вспомогательных кораблей - загрузкой новыми бобинами с тросом взамен израсходованных. Подготовленные вспомогательные корабли получают тормозной импульс и с круговой орбиты переходят на эллиптическую с параметрами указанными выше. Тормозной импульс может сообщаться им бортовым ракетным двигателем или катапультой, например, центробежного типа на основе системы тросов. Первоначальная скорость корабля такая же как у Деймоса - 1,351 км/с. Ему сообщается тормозной импульс величиной 0,663 км/с. В результате вспомогательный корабль переходит на эллиптическую орбиту, уходит к Марсу и в перицентре, на высоте 100 км от поверхности планеты, набирает скорость в 4,618 км/с, что всего на 0,41 км/с меньше скорости 2-й космической скорости. На подходе к перицентру производится распрямление, натяжение и развертывание троса, с ориентацией его по вектору скорости.
В расчетное время, колонисты загружают анобтаниумом суборбитальную ракету и запускают её в точку встречи с разгонным тросом. Ракета поднимается на высоту 100 км (характеристическая скорость равна 1 км/с) и с помощью ракетного двигателя зависает на несколько секунд на заданной высоте, корректируя свое положение относительно приближающегося пропеллентного потока (струи, троса). Трос входит в камеру кинето-реактивного двигателя отделяемой грузовой капсулы суборбитального корабля, испаряется и превращается в газ, который выбрасывается обратно из сопла. Процесс передачи импульса движения от троса капсуле аналогичен упругому удару и поэтому удельный импульс кинето-реактивного двигателя в пределе равен 9,23 км/с (а в конце разгона понижается до 1,85 км/с).
В результате ускорения грузовая капсула разгоняется до 80% скорости толкающего его троса (масса троса равна массе капсулы), а суборбитальная ракета возвращается на Марс и готовится колонистами с новому запуску. Вспомогательный межорбитальный корабль, который доставил разгонный трос в перицентр, тоже возвращается на базу на Деймосе. Конечная скорость капсулы-грузовика составляет 3,694 км/с, при значении местной круговой скорости в 3,557 км/с. А для полета к Земле по экономной траектории Гомана требуется начальная скорость 5,7 км/с. Поэтому, добрав с помощью обычных термохимических ракетных двигателей 2 км/с, грузовик может покинуть орбиту Марса и долететь до Земли. На практике может потребоваться большее приращение скорости: 2,5 км/с.
Отправка капсул с анобтаниумом к Земле производится не сразу, а партиями в периоды удобные для старта, по мере накопления их на орбите ожидания. При появлении стартовых окон капсулы группами посылаются к Земле. В перспективе вместо ракетных двигателей для разгона капсул будут применяться прямоточные кинетические двигатели со встречным потоком рабочего тела (тросов).
С Марса на орбиту ожидания выводятся не только анобтаниум, но и другие грузы, которые необходимы не только для земной метрополии, но и для марсианской орбитальной системы. В частности, суборбитальные ракеты, доставляя на орбиту ожидания капсулы с ракетным топливом, упрощают работу станции на Деймосе, т.к. устраняют необходимость производства ракетного топлива из реголита марсианского спутника. Вероятно, какое-то время, топливо проще будет производить непосредственно на Марсе из атмосферных углекислоты, азота и запасов замерзшей воды в грунте. Из этих сырьевых компонентов получается широкий спектр разновидностей ракетного топлива. В качестве монотоплива для долгоживущих ракетных двигателей возможно производство и использование гидразина и/или пероксида водорода. Удельный импульс ракетных двигателей на монотопливе превышает 1,5 км/с, что достаточно для его использования в многоразовых суборбитальных ракетах.
Грузовые капсулы с анобтаниумом способны выдерживать ускорения, такие же какие испытывают пушечные снаряды при выстреле: до 450 тыс. м/с2 или около 45000 g. В настоящее время уже есть системы управления, способные переносить перегрузки в диапазоне от 10 до 25 тыс. g, которые разработаны для снарядов электромагнитных пушек (релганов). Однако, в данном случае разгон капсул от суборбитальной скорости до орбитальной не требует использования подобного рода систем управления, т.к. капсулы выводятся на орбиты ожидания, сгруппированные в нешироком пространственном коридоре, где неспешно собираются межорбитальным буксиром и затем отправляются к Земле на борту грузовика, оборудованного необходимыми системами управления и навигации.
Рассмотрим в качестве примера параметры системы ускорения капсул, в случае когда они разгоняются до 3,7 км/с при перегрузках в 25 тыс. g. Время разгона здесь равно 0,0148 секунд. Участок разгона - 27,4 метра. Путь проходимый треком - 68,3 метра. Длина разгонного трека (троса) - 41 метр. Здесь разгонный трек из-за малой длины и увеличенного диаметра преобразуется из гибкого троса в относительно жесткую конструкцию. Управлять таким треком в виде жесткой стрежневой конструкции проще, чем тросом, хотя усложняется конструкция капсулы и снижается доля полезного груза относительно массы корпуса.
Более практичными должны быть системы с большим временем разгона капсул, например, за 1 секунду. В этом варианте длина трека составляет 2770 метров, а перегрузка при ускорении 377 g, что соизмеримо с перегрузками, которые испытывал спускаемый аппарат станции «Венера-7» (350 g).
Не смотря на то, что возвращение людей с Марса на Землю уставом колонии на предусмотрено, рассматриваемая транспортная система предоставляет затворникам такую возможность. В конце концов, есть демократическая практика остракизма, когда община изгоняет неугодных ей личностей. Для таких изгнанников, заменой смерти в марсианских пустынях, станет работа в лунных платиновых копях. Заодно стоимость обратного билета отработают.
При перегрузке от 3 до 4 g (3,8 g в среднем), которая считается приемлемой для большинства людей, потребуется разгонный трос длинной 277 км. За 100 секунд разгона изгнанники из марсианского рая будут выведены на низкую орбиту. Если же, кому либо из читателей не по нраву такой гуманизм, то ничто не мешает использовать гидравлические противоперегрузочные камеры, с заполнением легких жидкостью, которые обеспечивают безболезненное перенесение перегрузок значительно превышающих 50 g. В этом варианте при ускорении в 51 g, длина разгонного троса составит 20 км, а время разгона 7,4 секунды. Тросы такой протяженности уже испытывались на околоземных орбитах. Правда они были предельно малого диаметра, что создавало проблемы при развертывании таких тросов, тогда как толщина марсианских тросов не лимитируется, что избавляет от проблем с обрывами.
В околоземное пространство, на высотах от 100 до 200 км капсулы с анобтаниумом (или грузовик с кучей капсул) будут входить с скоростью 11,6-12 км/с. Это минимальная скорость при использовании траектории Гомана. Если, помимо анобтаниума, к Земле доставляются и другие грузы, в том числе рабочее тело в виде разгонного троса, то за счет их кинетической энергии можно дешево выводить грузовые и пассажирские капсулы с Земли на околоземную орбиту, по такой же схеме как на Марсе (т.е. с использованием многоразовых суборбитальных ракет). Скорость таких капсул в перигее будет около 9 км/с. Это значит, что при добавлении 2,6-3 км/с за счет ракетных двигателей, оборудование для марсианских копий и новую рабочую силу можно почти даром посылать на Марс.
Что бы защитить от радиации трудовые отряды, летящие на смену отработавшей своё рабочей силе, желательно использовать скоростной метод. Более быстрым и коротким был бы перелет с Земли на Марс по параболической траектории. Если сообщить ракете начальную скорость 16,7 км/сек, она достигнет поверхности Марса за 70 суток. Получить такую начальную скорость на орбите Земли несложно при использовании нашего кинетического прямоточника, за счет встречных струй (тросов) со стороны Марса или Луны. Но посадка на поверхность Марса представит серьезные трудности, так как скорость к моменту встречи с планетой достигнет 20,9 км/сек и ее торможение потребует значительного расхода горючего, поскольку марсианская атмосфера в данном случае не годится для торможения. Однако, имея в распоряжение прямоточный кинетический двигатель, кораблю удастся избежать непомерных расходов топлива на торможение у Марса. Имея в запасе такой вещественно-энергетический ресурс как Фобос, колонисты, при помощи автоматических межорбитальных станций, могут использовать его вещество для изготовления тормозных треков. С помощью таких заранее подготовленных тормозных путей, корабли с переселенцами могут быть комфортно заторможены до скорости меньшей чем скорость Фобоса и переведены на эллиптическую орбиту ожидания, а затем, совершить посадку в пункте назначения.
Продолжение следует.
.
Click to view