Система защиты Земли от астероидов и комет на базе гравитационно-кинетической транспортной системы
Спасать Галактику от гибели - дело неблагодарное. Потомки нынешних землян еще не могут выразить переполняющее их чувство благодарности, а их современным праотцам дела нет до грядущего столкновения с Туманностью Андромеды и гибели их семени в огне новорожденного квазара. В итоге спасатель остается без элементарной человеческой благодарности. А без воскурений фимиама как-то не так живется. В общем, что-то надо с этим делать.
Почему-то современников больше занимает тема гибели Земли в результате эволюции Солнца, кстати почти в тот же период когда начнется гибель Галактики. Наверное, это потому, что по умолчанию предполагается: наши пра-пра-правнуки смогут, убежать с гибнущей планеты или даже как-то перевести планету на более высокую безопасную орбиту, а вот предотвратить столкновение Млечного Пути с Андромедой (или галактикой М 31) у наших потомков силенок уже не хватит. Нет архимедовой точки опоры. По крайней мере, все уверены, что известными средствами и в рамках известных законов природы управлять полетом галактик люди не могут. Может быть, в далеком будущем найдут волшебную палочку, т.е. рычаг Архимеда и сдвинут галактики с опасного пути. А что бы такое проделать без волшебной палочки? Да ни за что!
Так вот недавно выяснилось, что это не так. Можно предотвратить конец света в двух отдельно взятых галактиках без помощи каких-либо волшебных гравицап, неизвестных ещё законов природы или магических заклинаний. Рецепт есть в серии постов в моём журнале и в сообществе МарсТрактор. Понятно, что такое изобретение радости ни у кого не вызвало и потому, я решил вернуться в настоящее время и заняться актуальным вопросом: как защитить планету от угроз со стороны диких астероидов и комет? Может быть, хотя бы за этот подвиг спасибо скажут и дадут курнуть?
Некогда динозавры очень легкомысленно отнеслись к космической угрозе и потому люди заняли их место и уступать его никому больше не желают. Научились на чужих ошибках. Вот даже конкурс идей по защите от астероидов объявили. В начале сего года Евросоюз объявил международный конкурс по защите Земли от астероидов и комет. За четыре месяца чиновники надеются выбрать самый эффективный и экономичный план спасения планеты. Какой проект чиновники выбрали мне неизвестно. Уверен только в одном, что выбрали они не самую лучшую идею, так как я не подавал свой проект евробюрократам. Однако, возможно уже в этом году, техническая основа проекта будет запатентована в США и Евросоюзе и тогда можно будет поговорить с чиновниками. В России, Украине и Евразии технический базис проекта уже запатентован, но пока не вижу среди местных боссов тех, с кем можно разговаривать о спасении их дорогой жизни за умеренную плату. Господствующая каста, вероятно, крепко верует в загробную вечную жизнь и в возможность унести с собой туда свои текущие богатства и социальное могущество. Блажен, кто верует.
ЕКА разместило сообщение с призывом к исследователям поделиться своими мыслями по поводу того, как уберечь Землю от астероидов-"убийц". Свежие идеи должны помочь проекту "AIDA" (Asteroid Impact and Deflection), который направлен на защиту планеты от попадания опасных небесных тел.
Западные специалисты сделали ставку на отклонение астероидов ударами космических летательных аппаратов. С российской стороны в качестве такой свежей идеи было подано предложение: сбивать опасные небесные тела ударами других, менее крупных астероидов. Для этого, в частности, было предложено оснащать кометы гелиотермическими реактивными двигателями, а в качестве рабочего тела двигателей использовать кометный метан и залежи других замерзших газов. Были и другие решения, предполагающие создание орбитальных ударников из обломков астероидов.
Свежесть российской идеи, однако, сомнительна, так как еще несколько лет назад с моей стороны было предложено аналогичное, но более эффективное решение. В одном из постов я показываю первоисточники на русском и английском языках, доказывающих мой приоритет. В моём проекте предложено оказывать воздействие на опасный астероид, с целью отклонить его траекторию потоком вещества, например, воды. Поток вблизи астероида создается космическим аппаратом (КА). Затраты энергии на создание потока на много порядков меньше, так как используется вода не с Земли, а с астероидов или карликовой планеты Цереры. В случае оказания воздействия на опасный астероид потоком (струями) воды или любого другого вещества, например, реголита, в форме вытянутого облака, воздействие оказывается предсказуемым, тогда как при ударе одного астероида неправильной формы и к тому же вращающимся другим астероидом с такими же неправильностями, последствия удара будут трудно рассчитываемыми. Дополнительные сложности возникают, когда опасный астероид представляет собой не монолитный объект, а кучу из слипшихся частей. Таким образом, мой ранний вариант воздействия на астероид более совершен, чем его искаженная и более поздняя версия от ИКИ. Если у меня КА загружается астероидным веществом и затем небольшим импульсом переводится на орбиту столкновения с опасным астероидом, то в более позднем проекте россиян на небольшой астероид или комету высаживается КА, который при помощи своего двигателя переводит этот астероид или комету на орбиту столкновения с другим астероидом. С точки зрения патентного права россияне ничего нового не предложили, но как бы в соавторы себя записали. О чем это говорит? А вот о чем - частный творческий потенциал равноценен потенциалу соответствующих отделов ИКИ, и потому лучше не переделывать и упрощать мои проекты в целях переоформления их авторства, а учиться, учиться и еще раз учиться у частника умению правильно решать проблемы. Амбиции в карман и за парты. Вопрошать, а не критиканствовать. Иначе повторите судьбу динозавров.
Все сказанное, в общем-то, преамбула к проекту, которым собираюсь поделиться с еврочиновниками. Конкурс уже завершился, но ясно, что он - дело формальное. Если на Западе есть группы, заинтересованные в результате, т.е. в собственном выживании, а не в тупом распиливании бюджета под проект, то диалог состоится. Тем более, что сами напрашиваются.
В серии статей моего журнала показан способ ускорения КА за счет гравитационной энергии. Чем сильнее гравитационное поле небесного тела, вблизи которого ускоряется КА, тем больше энергии можно у него отнять, тем выше будет конечная скорость КА. В гравитационном колодце Земли, КА можно разогнать до 46 км/с и больше, если применять многоступенчатую схему. Если в качестве рабочего тела такого гравитационно-кинетического двигателя КА использовать лунную воду, то характеристики системы резко улучшаются, а издержки падают. На основе такой космической транспортной системы (КТС) предлагается создание системы защиты от угроз из космоса.
Ещё лучше параметры разгонной системы будут в гравитационном поле Юпитера. Здесь КА, оснащенный прямоточным гравитационно-кинетическим двигателем, способен разогнаться до 250 км/с только в одноступенчатом варианте и значительно больше в многоступенчатом. Начальная скорость, обеспечивающая достижение Юпитера по гомановской траектории (приведенная к поверхности Земли), равна 14,24 км/с. Полет продолжается 2 года и 267 суток (997 суток). При третьей космической скорости 16,54 км/с полет сокращается до 1 года 39 суток. С учетом того, что теперь к Юпитеру можно стартовать со скоростью около 50 км/с, что сокращает время перелета до полугода, становится реальным использование Юпитера в качестве дополнительной базы системы противоастероидной обороны.
В перспективе становится возможным создание эшелонированной системы обороны, включающей Землю, Марс, Юпитер и прочие планеты-гиганты. Это хорошо тем, что в плане ударного воздействия на траекторию комет, которые движутся по сильно вытянутым эллиптическим орбитам, выгодно иметь точки воздействия как можно больше удаленные от Земли, что бы при помощи минимального импульса обеспечивать максимальное отклонение комет.
Ну, а теперь рассмотрим, как может выглядеть один из самых простейших вариантов противоастероидной системы с элементами на орбите Юпитера.
На орбиты вокруг Юпитера выводятся группа искусственных спутников. КА запускаются с орбиты Земли со скоростью в диапазоне от 14,24 до 16,54 км/с. Околоземная гравитационно-кинетическая система достаточно просто обеспечивает эти величины скоростей отлета. Скорость входа КА в атмосферу Юпитера без учета ее вращения составляет: при гомановском перелете - 60,7 км/сек, при параболическом - 62.9 км/сек. Если вход в атмосферу происходит вблизи экваториальной плоскости Юпитера и притом в направлении его вращения вокруг оси, то относительная скорость входа уменьшается на величину окружной скорости точки на экваторе (12,6 км/сек) и составляет примерно 50 км/сек. В связи с тем, что КА не совершают посадку, а только переводятся на эллиптические орбиты, то тормозной импульс за счет атмосферы должен составить соответственно 1,2 км/с и 3,4 км/с. Затем в апоцентре небольшими разгонными импульсами перицентры орбит повышаются, что обеспечивает длительное существование КА на орбитах Юпитера. Часть КА может переводится на круговые орбиты. Например, на орбиту близкую орбите дальнего спутника Юпитера S/2003 J 2, с радиусом 29 541 000 км. Этот спутник потом пригодится в качестве источника рабочего тела для некоторых КА. А пока, на первом этапе, можно обойтись без него.
При использовании рабочего тела, поставляемого с баз, расположенных на естественных спутниках Юпитера, возможности системы многократно возрастают.
Юпитерианская гравитационо-кинетическая КТС образована двумя КА. Один из них собственно сам ускоряемый корабль, оснащенный прямоточно-кинетическим двигателем. А другой - грузовик, носитель рабочего тела для прямоточника.
Корабль с прямоточным кинето-гравитационным двигателем для перехода на эллиптическую орбиту, с перицентром на высоте 71500 км, должен погасить 2,048 км/с (2,192 км/с - 0,144 км/с).
Корабль-грузовик с заготовкой рабочего тела в виде свернутого троса, который должен по ретроградной орбите выйти в перицентре навстречу первому кораблю, должен полностью погасить орбитальную скорость плюс разогнаться в противоположном направлении, т.е. приобрести скорость 2,336 км/с (2,192 км/с + 0,144 км/с).
В результате оба корабля переходят на эллиптическую орбиту с перицентром на высоте 71500 км и апоцентром на высоте 29 541 000 км, по которой они обращаются на встречу друг к другу. В перицентре они будут иметь скорость относительно условной поверхности Юпитера равную 59,457 км/с, а по отношению к друг к другу 118,914 км/с. В апоцентре соответственно 0,144 км/с и 0,288 км/с.
Массы кораблей почти равны, поэтому можно затраты и выигрыши энергии привести к их суммарной массе и на основании средней скорости в апоцентре и относительной в перицентре. Тогда имеем отношение квадрата 118,914 км/с и квадрата 2,192 км/с, что дает величину энергетического выигрыша в 2943 раза, почти в 3 тысячи раз больше первоначальных затрат.
А для кораблей на эллиптических орбитах затраты энергии и топлива еще меньше. В апоцентре на высоте 29 541 000 км, ускорять надо только один КА вместо двух. КА-грузовик тормозят на 0,144 км/с и разгоняют в обратную сторону еще на 0,144 км/с. Затраты импульса по переводу КА-грузовика на ретроградную орбиту составляют в итоге около трех сотен метров в секунду. В этом варианте энергетический выигрыш существенно возрастает: выход энергии в 170 тыс. раз превышает затраты.
В результате использования встречной «струи» (троса) в прямоточном двигателе, скорость корабля относительно «струи» с 118 км/с возрастает до 249 км/с или до 131 км/с относительно условной точки начала разгона КА (детальное описание работы двигателя см. в указанных статьях, например, здесь). А с учетом первичной скорости относительно Юпитера, конечное значение скорости составляет 191 км/с. При выходе из сферы действия планеты-гиганта скорость снижается, но незначительно. Например, если в перицентре скорость составляет 191 км/с, то на выходе из сферы действия она равна 181,5 км/с. Не сложно обеспечить вылеты КА со скоростями до 250 км/с.
Эти корабли, разгоняемые за счет гравитационной энергии Юпитера до гиперкосмической скорости, можно отправлять в любую сторону: как к внешним планетам Солнечной системы, так и к внутренним, к Марсу, Земле, Венере, Меркурию. Поскольку скорости перемещения по Солнечной системе здесь порядка 10 дней на 1 астрономическую единицу (а.е.), то эти КА удобно использовать для перехвата опасных астероидов и комет.
Рассмотрим вариант отклонения такого астероида как Апофис. Если ударное воздействие на него производить в целях обеспечить отклонение его траектории на 6400 км через один период его обращения вокруг Солнца (323,5 суток), то при скорости столкновения в 181 км/с масса КА-ударника должна быть равна 34 тоннам. Если же воздействие производить за 20 лет, с получением нужного отклонения от Земли в 2036 году, то масса КА-ударника составит только 1,5 тонны. Поскольку, как выяснилось, Апофис в ближайшее время не опасен, то рассмотренный вариант отклонения его орбиты дает возможность понять возможности системы.
Что касается отклонения комет с опасного курса, то здесь становится реальным вариант с высадкой на комету группы КА, которые, используя замерзшие кометные газы в качестве рабочего тела тепловых реактивных двигателей, откорректируют орбиту кометы. Существующее российское предложение о доставке на кометы КА с гелиотермическими двигателям пока нереально, т.к. скорости комет таковы, что современные ракеты не способны решить такую задачу. А КА с прямоточными гравитационно-кинетическими двигателями способны разогнаться до кометных скоростей. И вот теперь план по снабжению комет реактивными двигателями, гелиотермическими или лучше всего ядерными тепловыми (с удельным импульсом 2-2,5 км/с), становится абсолютно реальным.
Примеры отклонения комет на 6400 км в за 1 год после работы реактивного двигателя (ТФЯРД) с уд. имп. 2000 м/с. Двигатель работает три месяца.
1. Комета диаметром 1 км с массой 8*1011 кг. Средний интервал между столкновениями 1,3 млн. лет. Требуется ядерный двигатель с расходом кометных газов около 10 кг/с. Масса двигателя 1 тонна.
2. Комета диаметром 17 км с массой 3,9*1015 кг. Средний интервал между столкновениями 1500 млн. лет. Требуется блок ядерных двигателей с общим расходом кометных газов около 50000 кг/с. Масса двигателей 2000 тонн.
В период ожидания, противоастероидная система может использоваться в другом качестве: как система, обеспечивающая запуски КА с Земли в космос, в том числе и к Юпитеру. Аппараты, запускаемые с орбиты Юпитера со скоростью около 200 км/с, могут использоваться в качестве носителей рабочего тела (из сырья спутников Юпитера) для кораблей (с прямоточными кинетическими двигателями), запускаемых с Земли. А это означает многократное снижение затрат не только на систему космической обороны, но и реальный прогресс космонавтики в других направлениях.
Рассмотрим, какие преимущества получают корабли с прямоточными кинетическими двигателями.
1. Вариант с догоняющим (попутным) разгонным (пропеллентным) потоком.
Космический корабль с массой, например, 100 тонн, поднимается суборбитальным ракетопланом на высоту 120-150 км. Стартовая масса системы около 300 тонн. В расчетной точке встречи со струей (потоком) вещества в форме троса из углеводородов, корабль зависает при помощи ракетных двигателей на 5-10 секунд, и окончательно корректирует (при необходимости) своё положение относительно точки встречи с началом троса. Процесс разгона тросом корабля показан и описан в видео 1. Так вот, при разгоне корабля до скорости 8 км/с масса троса, толкающего корабль будет равна всего 2 тоннам (при собственной массе корабля в 100 тонн). Это при средней относительной скорости троса равной 200 км/с. Расход кораблем рабочего тела из бортовых запасов почти нулевой.
Возможны варианты, при подаче в прямоточный двигатель дополнительной массы в прямоточную камеру из бортовых запасов корабля, например, воды, масса троса сокращается до 1 тонны.
Если 100 тонный корабль надо разогнать до 20 км/с, то масса разгонного троса составит 5 тонн. Если требуется получить скорость 40 км/с, то потребуется трос массой около 10 тонн.
Здесь дан приблизительный расчет, но более точные цифры не на много расходятся с выше приведенными.
2. Вариант со встречным разгонным (пропеллентным) потоком, имеющего скорость 200 км/с.
Разгон 100 тонного корабля до 8 км/с требует расхода бортовых запасов водорода, аммиака или воды в количестве только 12 процентов стартовой массы. А расход вещества троса составит тоже 12 тонн. Процесс разгона корабля встречным тросом показан и описан в видео 2.
Если расход рабочего тела из запасов корабля составит половину его стартовой массы, что весьма неплохо, то его скорость в конце разгона достигнет почти 50 км/с. При расходе в двигателе 90 процентов стартовой массы, скорость корабля достигнет 220 км/с.
Многоступенчатый вариант такого корабля, по сути дела с навесными баками, при одном прямоточнике, может обеспечить разгон до скорости 320 км/с при конечной массе корабля 5 процентов от стартовой.
Чуть более сложная многоступенчатая схема, обеспечивающая конечную массу в 2 процента от стартовой, обеспечивает разгон корабля до 500 км/с.
Понятно, что моим читателям потребуется время для преодоления эффекта когнитивного диссонанса. Буду ждать. А когда волны бурных эмоций и полной отрицаловки улягутся в ваших душах, то милости просим обратно в журнал для обсуждения конкретных вопросов. Ведь надо документ подготовить для евробюрократов, мобилизовать в нашу пользу общественное мнение, разбить аргументы тайных агентов андромедян, которые всеми силами, из-за ужаса перед своими Хозяевами, тщатся отвратить землян от выхода в космос по настоящему. Присоединяйтесь, ждем.
Перепост в МарсТракторе