Инженерные вопросы межзвездных перелетов

[Alex_II]

Виверн! Вы здесь появляетесь?
Поступаете (виртуально) на работу в НПО "Астра"? Аж в 1985-м!

Он на А-Базе. В Политике поищите или в личку отпишитесь - найдется...

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Вот и вдумайтесь в эту маленькую цифирку то...

Ну естестественно, мы тут уже давно пришли к выводу, что ВСЕ проекты МП требуют РЕАЛЬНО космической цивилизации, у которой уже есть производственная инфраструктура в космосе.
И я думаю что это не такая уж фатальная проблема - я считаю что самые примитивные космические репликаторы (никаких нанотехнологий - только классика 1950-х и витамины современной электроники) это разрулят меньше чем за 100 лет.

Ну и какие репликаторы разрулят проблему передачи усилия в лимоны тонн с площади во многие тысячи квадратных км???  :shock:

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Может оно того..., может проще сделать орбитальный телескоп с зеркалом в 100 м, или даже в 1 км диаметром, навести его на эту самую систему на расстоянии 10 св.лет находящуюся и увидеть в ней все, что нужно с разрешением в 10 см, и не через 200 лет, а сразу и по реальной, большой, не спорю, но выраженной в реальных дензнаках цене. Да не на одну систему, а на все в радиусе 10 св.лет находящиеся.
А вот корапь этот, который сделают через тыщу лет, да еще 200 лет ползти будет, да еще доползет ли, да какую инфу еще передаст, если ему слава Богу до одной из планет долететь, сесть на нее и на остальные красоты в телескоп же смотреть сидя у костра и обрабатывая каменные топоры... это если воздух на той планете окажется и деньги нереальные за тыщу лет до того выделят.
По-моему из всего нереального телескоп на несколько порядков реальнее.  

[zyxman]

Ну и какие репликаторы разрулят проблему передачи усилия в лимоны тонн с площади во многие тысячи квадратных км???  :shock:

Репликаторы позволят быстро создать космическую промышленную инфраструктуру, которая и произведет эти сверхтитанические конструкции в космосе.

[zyxman]

Может оно того..., может проще сделать орбитальный телескоп с зеркалом в 100 м, или даже в 1 км диаметром, навести его на эту самую систему на расстоянии 10 св.лет находящуюся и увидеть в ней все, что нужно с разрешением в 10 см, и не через 200 лет

Телескоп (или даже несколько телескопов) само собой необходим, как средство связи экспедиции с Землей и навигации.

[tagus]

может проще сделать орбитальный телескоп с зеркалом в 100 м, или даже в 1 км диаметром, навести его на эту самую систему на расстоянии 10 св.лет находящуюся и увидеть в ней все, что нужно с разрешением в 10 см, и не через 200 лет, а сразу и по реальной, большой, не спорю, но выраженной в реальных дензнаках цене. Да не на одну систему, а на все в радиусе 10 св.лет находящиеся.

С этого, естественно, нужно начинать.

А вот корапь этот, который сделают через тыщу лет, да еще 200 лет ползти будет, да еще доползет ли, да какую инфу еще передаст, если ему слава Богу до одной из планет долететь, сесть на нее и на остальные красоты в телескоп же смотреть сидя у костра и обрабатывая каменные топоры

Корапь туда не за инфой ползти будет, а чтоб на каждой планете у окружающих звезд были изображены серп и молот, четко различимые в буржуазный 100-метровый орбитальный телескоп. АИ!

[Alex_Semenov]

Я все же попытаюсь отвлечь сообщество от левых споров.
Никто не стал критиковать мою оценку ориентировочной массы корабля.

http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?p=764054#764054

Очень жаль...
 
Данные там собраны в основном на глаз. Без серьезного обоснования.
Повторю их здесь:

Масса корабля:

Масса полностью замкнутой СЖО на 1 человека – 35 тонн
Число людей 100
Масса СЖО 3500 тонн.
Масса радиационной защиты кабины (от балды) 5 000 тонн.
Масса конструкции корабля 5000 тонн
ИТОГО 13 500 тонн.

Десантное оборудование.

Десантный корабль орбита-поверхность-орбита 250 тонн.
Число таких кораблей 4.
Сбрасываемый на поверхность атмосферной планеты грузовой модуль (орбита-поверхность) – 100 тонн (груз 90 тонн)
Число таких модулей 6 штук
ИТОГО. 1600 тонн

Общая масса корабля (сухая масса подлежащая разгону до 0.05с):

15 100 тонн

На самом деле это очень низкая масса! Я уже вижу что вписать в 5000 тонн "массы конструкции корабля"  все что не есть обитаемый отсек и недесантное оборудование - ОЧЕНЬ тяжело. Не важно какой привод мы используем...
Но.
В любом случае.
Я продолжаю уточнять ИСХОДНЫЕ параметры задачи.
Давайте выделим отдельно проблему жилого модуля и попробуем ПРОРИСОВАТЬ его.

Для стимуляции воображения – очередное произведение искусства (с расчетами разумеется), то есть наглядная картинка-приближение:



Это оценки по жилому модулю.
Здесь встречаются два противоположные требования:

1. На одного человека желательно иметь побольше объем. Так в "Стэндфордском торе" комфортным признаны 2000 м3/чел (хотя на "Астрофоруме" эта  велечина ТУПО оспаривалась "на глаз"). Увы! Это вполне взвешенное требование противоречит другому требованию (2) поэтому норма пространства на одного человека снижена (методом подбора опять же на глаз) до 500 м3/чел (для примера показана "комната" 10Х10Х5 м). Я знаю что "народ" такую жилплощадь назовет "тюрьмой". И я с интересом жду контраргументов. Но ЗДРАВЫХ, аргументированных. А не выковаренных из носат.


2: Радиационная защита. Атмосфера Земли создает плотность "радиационной брони" 10 т/м2. Признано, что 5 т/м2 (высокогорье) достаточно для жизни людей и воспроизведения потомства. Но даже выбрав идеальную форму кабины (сферу) и имея на радиационную броню 5 000 тонн, для 100 членов межзвездной колонии мы получаем броню в 0.76 т/м2. Условно, это слой воды толщиной 76 сантиметров.
Это меньше чем гарантированная защита в 7 раз.
Хотя это кажется недопустимым, я (наши инженеры) принимают такую защиту более-менее удовлетворительной. Что разумеется можно оспаривать (кто возьмется?).

Еще один фактор – гравитация. Так как мы сторим корабль для землян, мы должны иметь на борту гравитацию близкую к земной. Я полагаю что она должна быть не меньше 0.5g. Желательно 1g.
Способ абсолютно точного воспроизведения гравитации – заменить его силой инерции (центробежной силой). При этом малые радиусы вращения (малый период) недопустимы (силы Кориолиса приведут к неприятным эффектам).  Принято (ориентировочно) что для создания комфортного 1g  нужен диаметр вращения 1 км (R=500 м).
В этом случае ЕДИНСТВЕННО-здравое решение – конструкция "гантель" на ажурной (возможно даже гибкой) раме. Плечо для жилого отсека (46 м в диаметре и массой в 8 500 тонн) надо принять 500 – 300 м. (период вращения Т = 45-35 с для 1g). Как это выглядит – показано на правой части рисунка.
Второе плече гантели должно содержать противовес.  Очевидное и здравое решение – разместить на противоположном конце десантное оборудование. 4 посадочных модуля по 250 тонн и 6 сбрасываемых капсул по 100 тонн. Итого 1600 тонн. Для сохранения момента вращения, если первое плече 500 м,  второе  должно быть удалено от оси вращения на 2600 м.
Суммарная длина рамы получается более 3 км.
Если же плечо жилого модуля 300 м, плече противовеса 1600 м и длина рамы  1900 м.

Альтернативное решение. Сделать два жилых модуля диаметром по 37 м. Тогда мы будем иметь симметричную гантель.  Десантные средства можно так же  прикрепить к ним (или закрепить те у оси вращения). По два шаттла и три модуля. Тогда раму можно сделать 600 – 1000 метров.
Но расплатой за это станет уменьшение толщины радиационной брони до 0,605 кг/м2 (на 21%). На пятую часть.
Насколько это критично?

Еще одно замечание.
Если вместо сферы, мы используем более удобную форму кабины- цилиндр, диаметр которого равен высоте? Тогда (как показывает мой расчет) площадь поверхности, закрывающей тот же объем жилых помещений увеличится на ... 14%. Настолько же уменьшится и толщина радиационной брони.
То есть. Если мы используем симметричную гантель с двумя "бочонками" на краях, то толщину радиационной брони придется снизить на ~30-35% (учитывая обязательную округленность цилиндрических отсеков). То есть на ТРЕТЬ.

Можно ли это допустить? Насколько это в нашем случае критично (может и более толстая броня – фиговый листик?)? Но последняя версия инженерно более оправдана.

Последний штрих.
Надо  расположить десантные средства вокруг жилых модулей так, чтобы их масса (материалы) работала во время межзвездного перелета как дополнительная радиационная броня.

[Alex_Semenov]

Еще. Недостаток симметричной схемы - две кабины придется соединять тоннелем, по которому люди будут перемещаться довольно часто. И их надо тоже защищать от радиации (при этом на оси будет масса оборудования, в том числе и реакторы). Разумно снабдить раму радиационно-бронированным лифтом.
Но, две самостоятельных кабины обеспечивают большую живучесть (допустим при пожаре) корабля.
Какая схема все же лучше?


Еще нюанс (который надо обязательно отметить). Про численность экипажа в 100 человек.
Если уменьшить численность экипажа в 10 раз (до 10 человек) то при той же массе защиты ассиметричная сферическая схема вписывается в нормы защиты (5 т/м2). Но снизив и массу защиты в 10 раз (что разумно, то есть взяв как и в исходной 50 т/чел) мы получим у сферы броню 0,354 т/м2 (недостача 14 норм!) то есть в 2 раза хуже чем в случае экипажа 100 человек.
Пробуем этот же финт в обратную сторону.
Увеличиваем экипаж до 1000 человек и сохраняем для него норму брони и объема жилых помещений. Получаем 1,64 т/м (уже недостача всего 3 раза).
То есть.
"Скопом и батьку быты легше" (укр.)
Более крупное космическое поселение конструкционно предпочтительней. Но тогда потребуется в 10 раз более тяжелый корабль. 151 000  тонн для которого понадобится 604 000 тонн топлива (часть из которого ядерное и очень дорогое!).

Поэтому я все же склонен создавать колонию на 100 человек. Если срастется она, то срастется и более тяжелая. Тут действует универсальный закон. Чем корабль тяжелее, тем он инженерно легче реализуем.
То есть на 1000 любой америкос сделает. А вот на 100 только "русская голь".
(продолжаю с азартом размахивать красным флагом!)



Мы придем к победе коммунизма, товарищи!
Во всем мире!!!
 

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

У меня тут еще идея критики Выстрела из Солнечной системы с помощью паруса. Как то замылился вопрос, что во время Выстрела мы должны получить не скорость, равную там 0,05С. Ведь после Выстрела Солнце не исчезнет (а может и исчезнет, ведь его все надо будет на выстрел извести). Т.е. далее скорость будет постоянно падать и нам надо развивать начальную скорость такую, что бы средняя оказалась не менее 0,05С. Вот и прикинем, во сколько надо увеличить начальную скорость для этого и как вырастет масса паруса?

[sychbird]

Мы сейчас слишком мало знаем о факторах межзвездной среды, способных оказать влияние на биологию и поведение человека, что бы со знанием дела моделировать  конструктивный дизайн  межпланетных кораблей. Ну к примеру, в какой мере радиационная обстановка при движении относительно малого по сравнению с земным миделя межпланетного корабля  при пересечении направленных потоков ионизующих излучений высоких и сверхвысоких энергий  даст  такое же среднестатистическое воздействие на отдельных индивидуумов, которое мы будем иметь для Земных условий с ее атмосферой,  магнитным полем и средней плотностью населения на кв. километр.
То, что можно даже не заметить на Земле, в качестве  интенсивного поражающего фактора и отнести к статистическим колебаниям продолжительности жизни, для условий межпланетного корабля может оказаться фатальным для экспедиции. С этой точки зрения использовать ослабляющее действие Земной атмосферы для ИИ как гарантированно достаточный уровень кажется мне потенциально опасным.

 Для аналогии предлагаю вспомнить конец 50 гг и полеты братьев наших меньших по баллистическим траекториям. Необходимость двигаться к межзвездному полету аналогичным образом кажется мне априорной.

И здесь есть интересный аспект: имеются ли физические предпосылки для "баллистических"  траекторий относительно Солнечной системы? Можно ли повторить методологию 50 гг с относительно малыми затратами?  :roll:

[zyxman]

имеются ли физические предпосылки для "баллистических"  траекторий относительно Солнечной системы?

Вы имеете в виду "нырнуть" в межзвездное пространство и БЫСТРО вернуться назад?
- В принципе можно, но на это нужно НАМНОГО больше ресурсов чем чтобы долететь до другой звезды и затормозиться.

Можно ли повторить методологию 50 гг с относительно малыми затратами?  :roll:

Это не нужно.
Очевидно, что первыми полетят автоматы, которые исследуют обстановку приборами (в 1950-х таких приборов просто не было), далее можно будет воссоздать ситуацию в лаборатории (в 1950-х таких лабораторий как сейчас даже и близко не было), и это даст исчерпывающий ответ про безопасность для живых существ.

[Alex_Semenov]

Солнце съест максимум 20 км/с, это "ссущие копейки"(с) от 0,05С
 
Касаемо жилого отсека. А у нас что рад защита не теневая? А щит от пыли? Как-то грубо.

Нет. Защита от пыли. Защита от набегающей (курсовой) радиации, защита от собственной радиации бортовых реакторов - это все ОТДЕЛЬНЫЕ проблемы. Вернее части общей  проблемы.
НО!
В данном случае речь идет о защите жилых помещений от ГКИ (галактическое космическое излучение). То есть радиации идущей со всех сторон и очень мощная.  Самой противной (ибо нужна действительно круговая защита).

Но вообще говоря комплекс защиты от радиации - это комплекс.
Это не только разные экраны (круговые, теневые).
Это и средства предупреждения.
И радиационные убежища.
И медикаментозные средства...
То есть не надо все упрощать.
Но надо все же задачу разделят и решать (если можно в комплексе).
Круговая броня - это борьба с самой ПЛОХОЙ частью проблемы.

[hecata]

... значит подход есть

Лично я считаю, что решение сильно зависит от РАМОК задачи.
Решения не существует для тех, кто СИЛЬНО раскатал губу. Когда рамки неразумно узкие. Как говорится, бог сделал нужное простым а сложное ненужным.
Если задача не решается, возможно ее и не надо решать?

Что я понимаю под слишком узкими рамками?

Быстрый ПИЛОТИРУЕМЫЙ полет (на скорости выше 0.1с). Люди обычно хотят не ниже 0.5с. Это запредельно трудновыполнимое условие. Они просто не понимают насколько это огромная (и сложная) скорость полета.
С уменьшением скорости полета в разы, квадратично от разов падают и сложности.
Если лететь с 0.05с (как в техзадании Партии и Правительства) то сложности здесь уже уменьшились в 100 раз (примерно).
Это делает задачу не столь уж и невыполнимой.

Согласен. Вопрос лишь в том, что в нашей реальности, чем дольше лететь - тем больше шансов не только не долететь, но и не взлететь (по политическим резонам Здесь надо искать максимум вероятности.

Далее.
Второе узкое условие, которое трудно (и вряд ли нужно) выполнит - "прямой полет". Это я его так называю. Полет с Земли к звезде напрямую. Это не значит, что звездолет должен выходить на орбиту прямо с Земли. Но это значит, что его должна собрать ЗЕМНАЯ (базирующаяся на планете Земля) цивилизация. Выводя всякими там "Энергиями" по частям на орбиту.
То есть никаких вспомогательных структур (типа лазерного генератора у Меркурия, что был у Форварда) не планируется. Нет никаких мощных колоний на астероидах и шахт на Луне. Нет сборщиков гелия в атмосфере Урана или на худой конец в реголите Луны.
Ничего подобного у нас нет. Мы сидим в глубокой гравитационной яме Земли.
И вдруг, задача- лететь.
Это второе глупое условие в техзадании Партии и Правительства для НПО "Астра" как раз и просматривается. И именно оно делает задачу сомнительной... Все проекты, которые я считаю разумными опираются на инфраструктуру некой цивилизации которая уже освоила солнечную систему. Здесь у меня всегда рояль в кустах. ИИ с саморепликаторами... Поэтому я обычно так и уверен.
Но тут этого нет.
И это же делает задачу интересной. Неожиданной для меня.
Во всяком случае для меня.

Ну мы ничего не сможем сказать про цивилизацию через 500 лет. Все эти логистические кривые - они умозрительны, никто не обещает, что физика, которая объяснит темную энергию и материю не принесет нам чего-нибудь кардинально нового в плане энергетики, скажем. Ядерная энергетика тоже началась с нового типа лучей, которые засвечивали пластинку, а теоретически - с проблем фотоэффекта и проблемы Релея-Джинса.

Насколько действительно реализуема такая задача?

"Прямиком с Земли" (не имея баз, промышленной инфраструктуры на Луне в поясе астероидов) в принципе можно запускать зонды-автоматы в виде парусников Малова и Мэтлоффа.

Т.е. это и есть самые реалистичные проекты?

Но уговор.
Чур – считать!
Нет расчета – нет идеи!
Ну кто берется, бездельники-балаболы (любя)?!

Ну я готов посчитать. Легко - любые системы связи (энергетику, скорости, технологии, веса), ДУ, базовую физику. Увольте от баллистики, СЖО, весов и прочностей.

[sychbird]

Очевидно, что первыми полетят автоматы, которые исследуют обстановку приборами (в 1950-х таких приборов просто не было), далее можно будет воссоздать ситуацию в лаборатории (в 1950-х таких лабораторий как сейчас даже и близко не было), и это даст исчерпывающий ответ про безопасность для живых существ.

Ну то, что первыми полетят автоматы я согласен. А вот насчет лабораторных условий, мне кажется Вы заблуждаетесь. Это весьма близко к оставленной мной в прошлом (во времена Союза) специальности, и здесь очевидны два возражения: что бы что-то моделировать, надо это досконально знать, следовательно автоматные разведки должны быть интенсивными и длительными; для моделирования высокоэнергетических потоков и магнитных полей нужны энергетика и масштабы сравнимые с космологическими факторами их порождающими. Даже масштабы БАКа здесь мизерны.

[Дем]

для моделирования высокоэнергетических потоков и магнитных полей нужны энергетика и масштабы сравнимые с космологическими факторами их порождающими. Даже масштабы БАКа здесь мизерны.

Высокоэнергичные частицы в космосе редки, основную массу составляют движущиеся со скоростью до нескольких сот км/с. Т.е. гораздо медленнее чем предполагается лететь.

[hecata]

Солнце съест максимум 20 км/с, это "ссущие копейки"(с) от 0,05С
 
Касаемо жилого отсека. А у нас что рад защита не теневая? А щит от пыли? Как-то грубо.

Нет. Защита от пыли. Защита от набегающей (курсовой) радиации, защита от собственной радиации бортовых реакторов - это все ОТДЕЛЬНЫЕ проблемы. Вернее части общей  проблемы.
НО!
В данном случае речь идет о защите жилых помещений от ГКИ (галактическое космическое излучение). То есть радиации идущей со всех сторон и очень мощная.  Самой противной (ибо нужна действительно круговая защита).

Давайте грубо попробуем оценить, какая защита от ГКИ  нам нужна.

Вот так выглядит его спектр

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8b/Cosmic_ray_flux_versus_particle_energy.svg
Возьмем и посчитаем некоторые точки. Синяя область соответствует именно галактическому излучению.

Тогда сумарно на 6644 метра квадратных сферы в 46 метров за 60 лет (2*10^9 секунд) придется от ~13*10^13 частиц энергией 10 ГЭВ, до 3*10^5 частиц 10^15 Эв.

Уже здесь видно, что это фактически приговор. Завтра будут расчеты по торможению протонов от ГЭВов до ПЭВов в различных материалах, а так же расчет поглощения полученного спектра вот этой штукой
http://en.wikipedia.org/wiki/Stopping_and_Range_of_Ions_in_Matter

Тут мы и поймем сколько ЭВ (в радах не оценить наверное) получит средний обитатель корабля за жизнь.

[hecata]

А, да, за 100 с небольшим часов, проведенных вне поясов Ван Алена астронавты, летавшие на луну набирали 10-12 рентген. Если считать, что 99% этой дозы - от солнца, то получается, что нам надо всего лишь завалить немножко спектр ГКИ в области до 10^10 ГЭВ, что уже более реалистично. Начнем завтра с расчета долей солнца и ГКИ в теле астронавтов.

[zyxman]

для моделирования высокоэнергетических потоков и магнитных полей нужны энергетика и масштабы сравнимые с космологическими факторами их порождающими. Даже масштабы БАКа здесь мизерны.

Насчет магнитных полей я чего-то недопонял, что вы имеете в виду - ЕМНИС, они по современным представлениям в межзвездном пространстве мизерны, так что скорее прийдется генерировать эквивалент поля Земли чем от чего-то защищаться.

А насчет ГКИ вам Дем ответил - их действительно немного - мы же не к их источникам собрались лететь, а к относительно спокойным звездам, точнее даже не к звездам а к планетам.
И моделировать нынче в отличие от 50-х уже не обязательно на живых людях и даже не на мелких животных, а на клеточных культурах, которые вполне можно и в БАК запихать, и там получится обработать намного жестче чем может быть в полете.

Собственно говоря, я ничего нового не придумал - электронику с 1960-х облучали и ускорителями и источниками низкоэнергетических частиц, и благодаря этому во первых добились что ГКИ не вырубают обычные компьютеры, а во вторых есть специализированные радиационно-стойкие компьютеры, которые надежно работают и в околоземном космосе и в дальнем космосе.
Так, для справки, уже при полете на самолете значительно растет доза (а летчики/стюардессы летают десятилетиями); на стратостатах регулярно летают датчики ГКИ; на НЗО уже только магнитное поле Земли защищает космонавтов, а на Луне практически вообще ничего не защищало; у Юпитера поля чрезвычайно мощные, что радиоизлучение ионосферы Юпитера можно без особых изощрений на Земле ловить.

[чайник17]

Защита от набегающей (курсовой) радиации, защита от собственной радиации бортовых реакторов - это все ОТДЕЛЬНЫЕ проблемы. Вернее части общей  проблемы.
НО!
В данном случае речь идет о защите жилых помещений от ГКИ (галактическое космическое излучение). То есть радиации идущей со всех сторон и очень мощная.  Самой противной (ибо нужна действительно круговая защита).

Но вообще говоря комплекс защиты от радиации - это комплекс.
Это не только разные экраны (круговые, теневые).
Это и средства предупреждения.
И радиационные убежища.
И медикаментозные средства...

Как мелко... от Вас не ожидал.
По сравнению с проблемой межзвёздных перелётов подрихтовать геном человека чтобы довести его устойчивость к радиации до уровня бактерий живущих в реакторах - это полная ерунда. Ну хотя бы до уровня грибов живущих в чернобыльском саркофаге.
Только не говорите что
геном человека менять нииизззяя!!!!!!!!!!!!!!!!!! -
а то у меня наступит полный когнитивный диссонасс.

[чайник17]

Масса полностью замкнутой СЖО на 1 человека – 35 тонн

А обязательно пользоваться технологиями уровня прошлого тысячелетия? Может быть, межзвездный корабль на конной тяге тогда рассмотреть?
35 кг - вот максимальный уровень массы СЖО соответствующий межзвёздным перелётам. Искусственный организм, с прямым питанием от электричества. Человек наооборот - только без мозгов, большинства мышц и костей.
Если подсоединяться напрямую к кровообращению, в 3.5 кг вполне реально уложиться...