Рішення проблем можуть бути буквально перед носом

Яків Бриль

SpaceX
5626

Майже 2 тижні минуло з останньої в часі презентації Маском оновленої концепції його Starship — ракетоплана нового покоління. Мабуть всі ви якщо не бачили, то хоча б чули про те нічне шоу на космодромі-заводі в Бока Чіка, Техас, США. Якщо не бачили, можете глянути повний запис трансляції. Як на мене, доволі довге і трохи нуднувате шоу вийшло.

Значно цікавішою виглядає структурована лаконічна дистиляція матеріалу у виконанні поважних Alpha Centauri. Гляньте, вона насправді дуже невеличка, та змістовна. І особливо уважно перегляньте мультик в п.6 “Загальні враження”. Головна увага на фрагмент, що триває від 01:00 до 01:30.

Це я так поступово підвожу вас до демонстрації того, як іноді давні проблеми можуть отримати шанс на легке та витончене розв’язання завдяки свіжому погляду на речі, які не мають до старої проблеми прямого стосунку.

На мультиплікаційній моделі, починаючи з відмітки 01:00, ми бачимо процедуру, яку NASA і SpaceX наразі вважають ключовим моментом майбутніх міжпланетних подорожей. Це дозаправка ракетоплана на орбіті. Спочатку, з Землі стартує пасажирський лайнер Starship з екіпажем і припасами для міжпланетної місії. Під час виведення на орбіту тієї сто-тонної махини, вона випалює майже все паливо, що було на борту, і летіти на Марс просто нема чим. Тому лайнер чекає на зустріч зі схожим на Starship кораблем-танкером. Танкер, що запускається приблизно в той же час, що і сам Starship, наздоганяє міжпланетний корабель і вони стикуються. В доволі цікавий спосіб, який може викликати посмішку. Стиковка відбувається “корма-до-корми”.

Дозаправка ракетоплана на орбіті Землі за допомогою танкера, корабля-“близнюка”

Потім танкер вертається на Землю, а лайнер з повними баками пального вирушає в Дальній космос.

Коли я побачив цей мультик і схему, задоволено гмикнув, вражений красою ідеї та її інженерного рішення. Але згодом мені майнула думка, що оця “гантеля” може мати ще один спосіб використання, окрім тривіальної дозаправки пальним.

Чи не головна проблема дальнього космосу — штучна гравітація

Людський організм, окрім кисню, води і їжі, життєво потребує гравітації. Інакше — поступова деградація і маса болячок, аж до незворотних. Це доведено всією історією космічної медицини. В осяжному часовому вимірі штучну гравітацію можна створити лише тим способом, який добре показаний у фільмі “Одисея-2001”, на прикладі орбітальної станції-бублика Тобто, обертанням частини, або всієї конструкції, навколо своєї осі. Таке обертання створює центробіжну силу, яка для біологічного організму ідентична планетарній гравітації.

А тепер уявіть собі такий варіант марсіанської (а краще до Церери) місії

  • В експедицію споряджаються одразу 2 корабля, які виходять на орбіту Землі і дозаправляються від танкерів плюс/мінус одночасно
  • Танкери вертаються на Землю, а обидва лайнери синхронно лягають на курс і розганяються до потрібної швидкості практично пліч-о-пліч
  • Після заглушення маршових двигунів кораблі стикуються одне з одним по тій самій схемі, що і з танкерами
  • Сцепка, або “гантеля” з двох кораблів орієнтується таким чином, аби до Сонця були обернуті “днища”, що вкриті термозахисними шарами. Не стільки для термозахисту від Сонячного тепла, скільки для підсилення протирадіаційного захисту екіпажу.
  • “Гантеля” закручується довкола осі, що проходить через площину стикування кораблів і перпендикулярна поздовжній осі лайнерів, та дивиться на Сонце. Швидкість обертання може бути вибрана такою, щоби забезпечувати в жилих зонах обох кораблів прийнятний рівень гравітації.
  • З наближенням до мети подорожі, кораблі розстиковуються і самостійно виконують потрібні маневри. Причому, один може сісти на Марс, а другий лишиться на орбіті для обладнання орбітального марсопорту та для підстраховки “планетників”

Ще одна проблема вирішується попутно, в якості бонуса

Окрім вирішення проблеми забезпечення умов для життя земних організмів під час тривалих подорожей, подібна, дво-корабельна організація експедиції, ЗНАЧНО підвищує живучість місії за будь-яких технічних негараздів, аж до можливостей перекидання запчастин, припасів та навіть маршових двигунів з одного корабля на інший, в разі виходу з ладу. А у випадку катастрофи, що може вивести з ладу систему життєзабезпечення одного з кораблів, надає екіпажам цілий букет можливостей порятунку або ремонту, які в одно-корабельній місії просто неможливі.

І передайте Ілону нашому, Маску, що я не жадібний. І що 0,1% від фінального кошторису дво-корабельної експедиції мене цілком влаштує. Податки – його.

P.S.

Помітив, що не всім ясно, як має бути орієнтована “гантеля” з кораблів, аби максимізувати відбір сонячної потужності батареями і мінімізувати вплив сонячної радіації на екіпаж. Покажу, як я собі це уявляю

Ескіз орієнтації двокорабельної зчіпки

Ота “квіточка” — то я так показав обертання “гантелі” довкола осі, що орієнтована прямо на Сонце. Дивлячись від світила, ми постійно бачимо лише днища кораблів. Справа я показав “гантелю”, як ми її побачимо, коли подивимось в напрямку, перпендикулярному до осі обертання. Ви бачите, що днища спрямовані на Сонце, а ілюмінатори — в протилежний бік. І саме там люди мають жити. Подалі від радіації.

Ретрансляція з фізбуку

100 коментарів

Розгорнути всі

Будь ласка, у свій профіль, щоб коментувати пости, робити закладки та оцінювати інших користувачів. Це займає всього два кліки.

Жов 12, 2019 17:37

Машинный перевод Гугла, который мне лень редактировать, выдал следующее (я почти всё понял):

Почти 2 недели прошло с последней во времени презентации Маском обновленной концепции его Starship – ракетоплана нового поколения. Видимо все вы если не видели, то хотя бы слышали о том ночное шоу на космодроме-заводе в Бока Чика, Техас, США. Если не видели, можете посмотреть полную запись трансляции. Как по мне, довольно длинные и немного скучноватый шоу получилось.

Значительно интереснее выглядит структурированная лаконичная дистилляция материала в исполнении важных Alpha Centauri. Смотрите, она на самом деле очень небольшая, и содержательная. И особенно внимательно ознакомьтесь мультик в п.6 “Общие впечатления”. Главное внимание на фрагмент, который длится от 01:00 до 1:30.

Это я так постепенно подвожу вас к демонстрации того, как иногда старые проблемы могут получить шанс на легкое и изящное решение благодаря свежему взгляду на вещи, которые не имеют к старой проблеме прямого отношения.

На мультипликационной модели, начиная с отметки 1:00, мы видим процедуру, которую NASA и SpaceX пока считают ключевым моментом будущих межпланетных путешествий. Это дозаправка ракетоплана на орбите. Сначала, с Земли стартует пассажирский лайнер Starship с экипажем и припасами для межпланетной миссии. При выводе на орбиту той сто-тонной махины, она выжигает почти все топливо было на борту, и лететь на Марс просто нечем. Поэтому лайнер ждет встреча с похожим на Starship кораблем-танкером. Танкер, запускается примерно в то же время, что и сам Starship, настигает межпланетный корабль и они стыкуются. В довольно интересный способ, который может вызвать улыбку. Стыковка происходит “корма к-корма”.

Дозаправка ракетоплана на орбите Земли с помощью танкера корабля- «близнеца»

Затем танкер возвращается на Землю, а лайнер с полными баками горючего отправляется в Дальний космос.

Когда я увидел этот мультик и схему, довольно хмыкнул, пораженный красотой идеи и ее инженерного решения. Но впоследствии мне мелькнула мысль, что эта “гантель” может иметь еще один способ использования, кроме тривиальной дозаправки топливом.

Едва ли не главная проблема дальнего космоса – искусственная гравитация
Человеческий организм, кроме кислорода, воды и пищи, жизненно нуждается гравитации. Иначе – постепенная деградация и масса болячек, до необратимых. Это доказано всей историей космической медицины. В обозримом временном измерении искусственную гравитацию можно создать только тем способом, который хорошо показан в фильме “Одиссея-2001”, на примере орбитальной станции-бублика есть, вращением части, или всей конструкции, вокруг своей оси. Такое вращение создает центробежную силу, которая для биологического организма идентична планетарной гравитации.

А теперь представьте себе такой вариант марсианской (а лучше до Цереры) миссии
В экспедицию снаряжаются сразу 2 корабля, которые выходят на орбиту Земли и дозаправляются от танкеров плюс / минус одновременно
Танкеры возвращаются на Землю, а оба лайнера синхронно ложатся на курс и разгоняются до нужной скорости практически бок о бок
После подавления маршевых двигателей корабля стыкуются друг с другом по той же схеме, что и с танкерами
Сцепка, или “гантель” из двух кораблей ориентируется таким образом, чтобы к Солнцу были обращены “днища”, покрытые термозащитными слоями. Не столько для термозащиты от Солнечного тепла, сколько для усиления противорадиационной защиты экипажа.
“Гантеля” закручивается вокруг оси, проходящей через плоскость стыковки кораблей и перпендикулярна продольной оси лайнеров, и смотрит на Солнце. Скорость вращения может быть выбрана такой, чтобы обеспечивать в жилых зонах обоих кораблей приемлемый уровень гравитации.
С приближением к цели путешествия, корабли розстиковуються и самостоятельно выполняют нужные маневры. Причем, один может сесть на Марс, а второй останется на орбите для оборудования орбитального марсопорту и для подстраховки “планетникив”
Еще одна проблема решается попутно, в качестве бонуса
Кроме решения проблемы обеспечения условий для жизни земных организмов во время длительных путешествий, подобная, двух- корабельная организация экспедиции, ЗНАЧИТЕЛЬНО повышает живучесть миссии при любых технических проблем, вплоть до возможностей переброски запчастей, боеприпасов и даже маршевых двигателей с одного корабля на другой, в случае выхода из строя. А в случае катастрофы, может вывести из строя систему жизнеобеспечения одного из кораблей, предоставляет экипажам целый букет возможностей спасения или ремонта, которые в одно- корабельной миссии просто невозможны.

И передайте Илону нашем, Маску, что я не жадный. И что 0,1% от финального сметы двух- корабельной экспедиции меня вполне устроит. Налоги – его.

P.S. Ретрансляция с физбуку

Жов 12, 2019 22:53

При таком подходе не понятно, зачем вообще 2 корабля? Раскрутить можно и один – хоть вдоль, хоть поперёк, причём один корабль даже можно при этом не сломать.
Другое дело, если связать эти корабли тросом, превратив в этакое боло. Масса корабля – 100тонн, при имитации марсианской силы тяжести это всего ~30 тонн силы – никакие особенные нанотрубки не потребуются, в полёте “низ” на каждом корабле будет там-же, где и на Земле/Марсе(а не на потолке, как у TC), при длине троса в сотню/другую метров кореолисовы эффекты будут незаметны на глаз – единственная проблема – ходить в гости придётся через космос.
Осталось лишь добавить, что Циолковский описал этот способ в 1895 г. , а американцы в 1966 году экспериментально осуществили.

Жов 13, 2019 13:02
  1. 2-корабельна експедиція містить у собі безліч бонусів і виграшів, я про них згадав у останньому абзаці. Перш за все, це живучість. І, по-друге, оперативна гнучкість , а отже розширення спектру можливих задач
  2. Звісно, що тросовий варіант більш привабливий. Але головною ідеєю публікації було показати, як рішення однієї проблеми (дозаправка) фактично дає рішення іншої проблеми — гравітація. Без додаткових пристроїв чи агрегатів
  3. Коріолісові ефекти жорстко відчутні на “бублику”, коли бігтимете вздовж його екватору. А на “п’ятаку” у 8 метрів діаметром, багато не побігаєш
  4. Той описав, ті експерименти ставили, а цей робить інженерію для дозаправлення і фактично отримує супутній безкоштовний бонус у вигляді гравітації. Така інженерія мені видається прекрасною
Жов 12, 2019 19:52

Вау, дякуємо за якісний матеріал українською!

Жов 13, 2019 12:32

Нема за що. Для добрих людей, то завжди необтяжливо

Жов 12, 2019 20:15

Комментарии автора удалены по его просьбе

Жов 12, 2019 20:39

Комментарии автора удалены по его просьбе

Жов 12, 2019 22:02

Комментарии автора удалены по его просьбе

Жов 13, 2019 12:51
  1. Всі розбаланси пального, після отримання експедицією курсової швидкості, вимикання маршових двигунів і стикування по схемі дозаправки, можуть бути збалансовані точнісінько тими агрегатами, що відповідальні за дозаправку
  2. Під час перельоту, можливі зміни маси кожного з кораблів дорівнюють нулю, якщо, звісно, ті поганці не викидатимуть сміття крізь кватирку. Можливі зміни перерозподілу мас в нутрощах самих кораблів (наприклад, почали тягати свої валізи з палубу на палубу) вкрай незначні і можуть призвести хіба що до зовсім непомітного переміщення центру мас від площини стикування. Сантиметр туди, чи сантиметр сюди.
  3. корабль під час польоту – замкнена система. Все що з’їдять, все там і лишиться аж до посадки на Марс. Бо як вони картоплю потім вирощуватимуть? Де візьмуть добрива?
Жов 13, 2019 12:44
  1. Навіщо марсіанам земна гравітація? Їм жити до скону при 0,376 g
  2. Якщо обертання ви не бачите і не бігаєте постійно вздовж та впоперек, піймати блювоту у вас приблизно такі ж шанси, як на Queen Elizabeth 2
  3. Коли кораблі виходять на пасивний відтинок траєкторії , коригування курсу практично не відбуваються. Якщо астронавігатори не лоханулись під час розгону
  4. Не зрозумів, до чого лінійка і туалет? Штучна гравітація діятиме вздовж осі кожного корабля і на діаметрі 8 метрів доступного простору ви практично не матимете змоги здибати відчутний градієнт гравітації. Можна навіть геометрію сил промалювати в масштабі
    5 Я взяв “гантелю” за термін, перше, що прийшло в голову. Ліньки кожного разу писати “система з двох, стикованих з корми, однотипних космічних корабля”
Жов 13, 2019 13:38

Комментарии автора удалены по его просьбе

Жов 19, 2019 19:34

“Гравитация равная земной будет на каком расстоянии от оси вращения?” – Зависит от скорости вращения, но в любом случае, наибольшее g будет на самых отдалённых точках от оси вращения.
“Скорость вращения не приведёт к тому, что у астронавтов/космонавтов появится желание выйти наружу и там остаться?” – Ну, да, но только если будут частенько за борт смотреть, но едва ли даже эта проблема возникает у тех, кто прошёл предполётную подготовку. Для радиусе в 50 метров им нужно около 4-5 вращений в минуту, а при такой скорости бОльший эффект будут оказывать проблемы во внутреннем ухе. В этом ролике очень подробно рассказывается о проблеме создания искусственной гравитации https://www.youtube.com/watch?v=b3D7QlMVa5s
По крайней мере, последствия невесомости более-менее предсказуемы и к ним готовы, последствия же искусственной гравитации, созданной при помощи вращения – неотработанный метод, который чреват проблемами на уровне психики и самочувствия.

Жов 19, 2019 20:55

Комментарии автора удалены по его просьбе

Жов 20, 2019 17:31

А хто сказав, що марсіанам потрібне буде 1G? “Для радиусе в 50 метров им нужно около 4-5 вращений в минуту”
Третини вистачить позаочі. Їм же на Марсі жити

Жов 20, 2019 11:03

Зачем это все? Лететь к Марсу 210-270 земных суток.
На НОО летали по году и вполне все нормалек.
На высокоимпульстных плазменных РД , с радиоволновым нагревом VASIMIR лететь с ускорением “спрямляя” орбиту (половина разгон/половина торможение). Для таких вариантов мелькали цифры 60-90 дней.
Компенсирующие костюмы, волшебные пилюльки (радио протекторы, снижать внутричерепное давление), вело и прочие тренажеры
магнитная/электростатическая защита жилого блока.

Отбор, психологическую совместимость.
Есть на земле чудные города – Норильск итп.
Там психологические условия волне сопоставимы с Марсианскими, вечная жп, нет деревьев ибо заполярье + выбросы

Жов 20, 2019 13:46

“На НОО летали по году и вполне все нормалек.”
Якщо на Марсі буде кому зустріти перших астронавтів і потурбуватися про них, поки вони пройдуть адаптацію після впливу невагомості, тоді звісно проблеми немає.

Жов 20, 2019 17:35

Проектів є багато. І навіть не всі з них фентезі. Але дідусь Оккам вчив нас не примножувати без необхідності сутностей. Отже, коли з’являться реальні системи, що здатні 45 діб йти з прискоренням хоча б третину Ж, а потім ще 45 діб йти з прискоренням хоча б третину Ж, тоді, звісно, так. Необхідність в підтриманні гравітації методом каруселі відпаде сама собою.
Ключове слово “коли”

Жов 20, 2019 21:36

ЦИХ без цвяхів, в клешоногих вивідати таємницю зимової сплячки
Скільки там везти 50 смілівців, у контейнерах для анабіотичного сну
Для кожного, нехай до 800кг (з біологічним захистом 20г/см2, СЖО)
то вдвічі легше ніж Маску

Там значно скромнішими плазмовим двигуном розгін до 3 космічної 16.8 км/с
Десь 180 діб, якщо максимум 250 млн км, якщо 140 млн км нехай 90 діб

Дельта 5.6км/с розгін, та гальмування теж 5.6км/с від другої космічної.
Для ВАЗИМІР-ів з 8000-9000с питомого імпульсу, не така вже-й фантастика

Хрін з ним, крутити “пращу” то легше ніж зробити, та живити вази-міри на ~21тс тяги

Жов 21, 2019 16:46

Комментарии автора удалены по его просьбе

Жов 21, 2019 15:05

Вопрос не строго по теме, но близко к ней. В комментариях несколько раз упомянуто, что на Марсе тяготение 1/3 земного и в ракете будет достаточно такого же. А изучалась ли совместимость такой силы тяжести с человеческой физиологией? Например, известна проблема спортсменов, прекративших тренировки: в “накачанном” сердце мышечная ткань, ставшая ненужной, частично замещается соединительной, и это приводит к различным аритмиям. Люди, выросшие в условиях земной гравитации, на Марсе окажутся в положении “спортсменов”. На МКС с такими явлениями борются ежедневными физическими упражнениями. Но космонавтов мало, все они дисциплинированные и подготовленные. А Маск собирается заселить красную планету тысячами колонистов. Есть ли по этой теме какие-нибудь статьи или видео?

Жов 21, 2019 16:56

Комментарии автора удалены по его просьбе

Жов 21, 2019 17:27

Я не знаю, як можна в земних чи орбітальних умовах вивчити подібний вплив. Те, що ефект зміни фізіології буде — без варіантів. А от якою мірою він буде деструктивним? Тут лише натурні випробування на місці можуть прояснити. Мабуть, перше покоління марсіан приречене бути нещасним. Але адаптивність людського організму доволі висока, тому діти й онуки їхні вже можуть мати менше проблем з наслідками гравітації

Жов 21, 2019 18:36

Тоже думаю, что “коренные” марсиане “подстроят” физиологию под новые условия. По-хорошему, надо сначала заслать на Марс эксперимент с животными (традиционно, мыши, например), и пронаблюдать пару-тройку поколений. На это время человеческие миссии делать сменяемыми. Еще вероятным следствием станет то, что “марсиане” станут “невыездными”. То есть фактически запустится эксперимент по созданию отдельного вида людей.

Жов 21, 2019 18:22

Коли людина на Землі схудне від 160кг до 60кг це їй, зазвичай, іде на користь. Притягнена аналогія, але мені подобається.

Жов 21, 2019 18:29

Комментарии автора удалены по его просьбе