Просто о сложном: КА-накопитель как дар «зеленых человечков» (часть 1)
Разговор с варваром лицом, принимающим решения. No 2.
В прошлый раз, мы побеседовали с «лицом, принимающим решения» или ЛПР в кабине скоростного лифта. Сегодня мы проведем сеанс общения с ЛПР в кабине машины времени. Перенесемся немного вперед в будущее, в период, наступивший после посещения Земли братьями по разуму.
Итак, видя, полувековые страдания землян, штурмующих космос ракетами, в бесплодной попытке выпрыгнуть из гравитационного колодца и начать новую прекрасную жизнь в «свободном пространстве», Константин Цы, император зеленых человечков всея Млечнопутинска, преподнес чудесный дар генеральному секретарю ООН. В год 2015 всегалактический властитель даровал землянам вторую луну. Инопланетяне молча, без каких-либо объяснений подогнали к Земле небольшой астероид, полсотни метров в поперечнике, приятной округлой формы и вывели его на сильно вытянутую эллиптическую орбиту. В телеграмме на имя генсека ООН они сообщили, что это дар всему человечеству и просили вождя народов мудро распорядиться им.
Удивленные земляне первоначально назвали Константинов дар (Donatio Constantini) именем «Луна-2», но затем, в виду того, что первая натуральная Луна считалась седьмым континентом, решили, что правильно будет именовать искусственную луну как «Луна-8».
Орбита астероида была эллипсом, с высотой перигея 110 км и апогеем на расстоянии от центра Земли около 762,3 тыс. км. Период обращения был такой же, как у истинной Луны. Скорость в перигее была почти 11 км/с. Когда Луна-8 проходила перигей, можно было наблюдать красивые высотные эффекты, обусловленные ударной волной в разряженных слоях атмосферы.
Из-за торможения в перигее, Луна-8 постепенно меняла орбиту - высота апогея понижалась и, со временем, орбита искусственной луны приняла бы форму окружности, а затем дар инопланетян должен был рухнуть на голову землян. Масса Луны-8 оказалась не такая уж и маленькая - 10 тыс. тонн, так что при остаточной скорости в 8 км/с в зоне падения произошли бы значительные разрушения. Однако, ускорение торможения, как раз из-за большой массы астероида-луны было не значительным и, какое-то время можно было забыть о грозящей катастрофе и задуматься о пользе Константинова дара.
А задуматься было о чем. Один раз в четыре недели, на дразнящей малой высоте проносился серебряный шар и соблазнив своей недостижимой близостью скрывался в глубинах космоса.
Луна-8 оказалась на редкость рыхлым объектом. При диаметре в 50 метров и массе 10 тыс. тонн она имела плотность 150 кг/м3. Для чего зеленые собратья выбрали такой рыхлый объект, сразу не догадались. Понимание пришло потом, когда академики разных стран, после бурных кровавых дискуссий, нашли способ извлечь пользу из Константинова дара. Что бы побудить ученых мужей скорее найти разгадку тайны дара, сильные мира сего заперли их в конференц-зале без Пармезана и Хеннесси, с обещанием не выпускать никого, до тех пор пока не будет найдено решение. Для усиления эффекта, служители, запертые вместе с академиками, каждый час сжигали в камине по жребию одного из мудрецов, когда столбом черного дыма надо было известить внешний мир об отсутствии искомого решения.
Наконец-таки, столбом чистого белого дыма мир был извещен о раскрытии тайны дара зеленых человечков. Выжившие из ума академики, поняли, что кинетическую энергию Луны-8 можно использовать для запуска грузовых капсул с Земли на орбиту. Вспомнили, как ранее, подвергали обстрелу металлическими ударниками кометы. И это же способ, оказалось можно применить к доставке грузов на Луну-8, на поверхности которой решили создать первую лунную базу и по совместительству вторую международную космическую станцию. Желтые журналисты потом писали, что решение было подсказано духом Эдварда Марвика, шепот которого пробился в подсознание мучимых жаждой и голодом ученых мужей.
К делу решили приспособить туристические ракетопланы, парк которых к тому времени разросся до величины, достаточной для регулярных полетов к Луне-8. Готовые ракетопланы реквизировали решением тайного мирового правительства. А производство новых повелели упростить, разрешив изготовление только грузовых вариантов, в том числе их уменьшенных копий. Реквизиции подверглись в основном ракетопланы компаний EIDS Astrium и Virgin Galactic. Весь парк суборбитальных аппаратов передали международной компании AlbaOros.
На Луну-8 высадили небольшой десант. Базу создали, используя посадочные модули, присыпав их реголитом для защиты от радиации. Особого оборудования не использовали, так как кислород, вода, продовольствие будут регулярно поступать с Земли каждые четыре недели. Посылки обитателям базы доставляли реквизированные ракетопланы: суборбитальные машины взлетали на высоту 110 км, и в точке чуть ниже перигея орбиты Луны-8, в момент её пролёта, выталкивали наружу грузовые капсулы с различным сырьем и устройствами. Капсулы продолжали движение, поднимаясь чуть выше ракетоплана и в результате сталкивались с луной-астероидом.
Капсулы, по совету Эдварда Марвика, выполнены в виде толстостенных металлических оболочек, заполненных водой, различными химическими и/или биологическими растворами, деталями и агрегатами, способными переносить ударные ускорения. Массы капсул с грузами разняться в зависимости от назначения: одни имеют массу от 1 до 10 кг, другие 100-500 кг. В последующем применяли капсулы массой более 1 тонны. Сталкиваясь с Луной-8, капсулы проникали в рыхлый грунт и тормозились в нем, проходя путь от 10 до 40 метров, в зависимости от массы и диаметра. Обитатели базы, применяя не сложные робототехнические средства извлекали капсулы из рыхлого грунта, и затем использовали доставленные грузы для получения кислорода для дыхания, воды и пищи, ракетного топлива и конструкционных материалов, используемых в 3D-принтере для расширения базы. А ракетопланы возвращались на Землю, проходили обслуживание и использовались повторно.
Доставка грузов таким способом оказалась чрезвычайно выгодной. Вместо ракет космического назначения применяли многоразовые суборбитальные ракеты. Использовали и одноразовые ракеты на базе первых ступеней т.к. в этом случае масса полезного груза, доставляемого на орбитальную станцию (Луну-8) увеличивалась в 10-15 раз. Соответственно, сокращалась цена доставки груза на орбиту. Многоразовые суборбитальные ракетопланы при малой грузоподъемности обеспечивали снижение цены за счет эффекта многократных полетов. С учетом того, что грузы доставлялись на станцию, которая имела скорость около 11 км/с, цена доставки грузов ракетопланами была в 1000 раз ниже доставки грузов многоступенчатыми РН космического назначения. И это был не предел - дар зеленых человечков действительно был ценен для мощного рывка в космос.
Компания AlbaOros совместила приятное с полезным. Используя пассажирские варианты ракетопланов, она продавала туры на полеты, совмещенные с доставкой сырья на Луну-8. Прибыль извлеклась и от доставки грузов на орбиту и от туристических суборбитальных экскурсий в космос.
Эта же аэрокосмическая компания, используя почти даровые запасы ракетного топлива, накопленные на базе Луны-8, организовала работу челночного транспорта конструкции Еськова-Флорова. Космический аппарат орбитального базирования, заправленный лунным топливом, спускался в более плотные слои атмосферы и притормаживался до скорости 4-5 км/с, становясь на время суборбитальным аппаратом. После завершения торможения до нужной скорости аэродинамический экран, выполненный из лунного сырья, сбрасывался, и аппарат по баллистической траектории поднимался на высоту 120-150 км. Одновременно с этими маневрами с Земли стартовал суборбитальный ракетоплан, который в точке сближения с КА орбитального базирования, так же достигал скорости равной 4-5 км/с. На участке сближения, капсула с грузами и пассажирами предавалась от ракетоплана на КА-челнок. После стыковки челнок за счет запасов лунного топлива разгонялся до орбитальной скорости и доставлял пассажиров и грузы на орбитальную станцию. Капсула с грузами и пассажирами отделалась от ракетоплана только в случае удачной стыковки с орбитальным челноком, поэтому в случае срыва стыковки, пассажиры и грузы возвращались на Землю на борту ракетоплана. Цена путешествия на орбиту таким способом, как еще ранее показали Еськов и Флоров, сокращалась многократно.
Компания Mars One заключила контракт на покупку ракетного топлива и припасов для экипажей. Наконец-таки, первые земляне высадились на Марсе что бы увидеть и умереть. Более деловые любители Марса, используя копеечное топливо для заправки ракет на орбите, высадили бригады старателей на Фобосе и Деймосе. Там есть многое из того, что скоро пригодится людям для выживания.
Однако, все хорошее когда-либо кончается. Вот и запас кинетической энергии Луны-8 оказался исчерпан. С каждой новой порцией груза, доставленного на станцию-луну, её орбита менялась. Со временем форма орбиты из эллиптической стала круговой и возникла угроза падения Луны-8 на Землю. Задолго до того, как общая масса грузов, доставленных на базу Луны-8, достигла 10 тыс. тонн, орбита луны сжалась до круговой. Дальнейшая эксплуатация Луны-8 стала невозможной. Напротив, возникла задача предотвращения падения луны-станции. И такое решение нашлось.
Уцелевшая академическая наука предложила установить на сателлите блок электроракетных двигателей (ЭРД), тяга которых уравновесила бы силу торможения атмосферы на высоте 110 км. Рабочее тело для ЭРД решили не производить из реголита мини-луны, а доставлять суборбитальными ракетами по апробированной схеме. В этом случае, станция Луна-8 превращалась в своего рода космический аппарат с прямоточным двигателем: луна поглощала поток капсул с относительной скоростью около 7,8 км/с, а двигатели выбрасывали реактивную струю, уравновешивающую встречный поток, со скоростью 16 км/с. Таким образом, на удержание луны-станции на круговой орбите требовалось только половина массы вещества, которое поступало на Луну-8 благодаря рейсам суборбитальных ракетопланов. Некоторые типы ЭРД имеют рабочий ресурс до 10 лет непрерывной работы, поэтому из-за малой доли амортизации в себестоимости цена доставки грузов на Луну-8 существенно не изменилась.
Правда, высота орбиты такой орбитальной станции с прямоточным электрореактивным двигателем была слишком низка, если энергию для ЭРД производить за счет солнечного света - требуется большая площадь солнечных батарей, а сопротивление остатков атмосферы на высоте 110 км слишком велико, что бы это было эффективно. Такой вариант Луны-8 должен находится на высоте около 300 км. Земляне могли переместить Луну-8 на круговую орбиту с такой высотой над поверхностью планеты в момент эволюции эллиптической орбиты, но этого не потребовалось. Помощь пришла неожиданно как в античных спектаклях в критический момент: вновь появились братья по разуму и молча переместили Луну-8 на требуемую орбиту. Спасибо, ребята! Прилетайте ещё!
Продолжение следует.
Перепост в МарсТракторе