Koko 1900-luvun ajan tieteiskirjallisuuden kirjoittajat kirjoittivat paljon ja lahjakkaasti avaruustutkimuksesta. "Kiusin" sankarit antoivat ihmiskunnalle Uranium Golcondan rikkaudet, lentäjä Pirx työskenteli avaruuskuiva-alusten kapteenina, johtaja-kontti- ja irtolastialukset kävivät aurinkokunnan ympärillä, enkä puhu mistään salaperäisiin monoliitteihin matkustamisen mystiikasta.
2000-luku ei kuitenkaan ole täyttänyt odotuksia. Ihmiskunta seisoo arkaisesti Kosmoksen käytävällä eikä pääse pysyvästi maapallon kiertoradan ulkopuolelle. Miksi se tapahtui ja mitä toivoa niille, jotka haluavat lukea uutisista Marsin omenapuiden sadon kasvattamisesta?
Viulistia ei tarvita
Ensimmäinen kohtaamamme paradoksi on, että ihmiset eivät ole sopivin aihe avaruuden tutkimiseen. Avaruusretkillä keksineet tieteiskirjallisuuden kirjoittajat voivat luottaa vain maapallon tienraivaajien - merenkulkijoiden, napa-tutkijoiden, ensimmäisten lentäjien - historialliseen kokemukseen. Itse asiassa, miten Marsin valloitus eroaisi etelänavan valloituksesta?
Ja täällä ja siellä ympäristö ei sovellu elämään ilman ennakkovalmisteluja, sinun on tuotava tarvikkeita mukanasi, etkä voi mennä aluksen ulkopuolelle tai kotiin asettamatta erityisiä varusteita. Tieteiskirjallisuuden kirjoittajat ja futuristit eivät kuitenkaan voineet ennustaa elektroniikan ja robotiikan kehitystä, ja robottitutkijoita kuvattiin yleensä anekdootilla tavalla:
”Minun piti katsoa pois puolen tunnin ajan kirjeestä ja kuunnella naapurini, kybernetisti Shcherbakovin valituksia. Luultavasti tiedät, että rakettien laukaisimen pohjoispuolelle on rakenteilla suuri maanalainen uraanin ja transuranidin käsittelylaitos. Ihmiset työskentelevät kuudessa vuorossa. Robotit - ympäri vuorokauden; upeat koneet, viimeinen sana käytännön kyberetiikassa. Mutta kuten japanilaiset sanovat, apina putoaa myös puusta. Nyt Shcherbakov tuli luokseni vihaisena kuin paholainen ja sanoi, että näiden mekaanisten idioottien jengi (hänen omat sanansa) varasti yhden suurista malmivarastoista tänä iltana, sekoittamalla sen ilmeisesti epätavallisen rikkaaseen talletukseen. Roboteilla oli erilaisia ohjelmia, joten varaston aamupuolella osa päätyi raketinheittimen varastoihin, osa - geologisen osaston sisäänkäynnille, ja osa siitä ei ollut yleisesti tiedossa missä. Haku jatkuu."
Mainosvideo:
Mutta kukaan kuuluisista kirjoittajista ei arvannut, että robotilla avaruuden tutkimuksessa on paljon etuja ihmiseen nähden:
Toisin kuin ihminen, robotti tarvitsee vain tehoa ja termistä tasapainoa. Ei tarvitse kuljettaa kymmeniä tonneja kasvihuoneita, ruokaa, vettä, happea, vaatteita ja hygieniatuotteita, lääkkeitä ja muita asioita.
Robotti voidaan lähettää yhdellä tavalla ilman paluuta.
Robotti pystyy toimimaan vuosia. Voyagersin, Mars-kuljettajien tai Cassinin kokemus viittaa siihen, että nyt on oikein puhua vuosista, mutta vuosikymmenistä.
Robotti pystyy toimimaan vuosia olosuhteissa, jotka ovat kohtalokkaita ihmisille. Galileo-koetin sai annoksen, joka oli 25 kertaa suurempi kuin ihmisille tappava annos, ja sen jälkeen se toimi kiertoradalla 8 vuotta.
Tuloksena kävi ilmi, että vain useita tonneja painavat robotit sopivat ihmiskunnan teknisiin mahdollisuuksiin lähettää niitä muille planeetoille kohtuullisen rahan takia ja niistä tuli ainoa tapa tyydyttää tieteellinen uteliaisuus ja saada kauniita valokuvia.
Elämme logistisella käyrällä
Tieteiskirjallisuuden kirjoittajien toinen virhe oli, että he ennustivat astronautian lineaarisen tai jopa eksponentiaalisen kehityksen. Vaikka vuonna 1838 löydettiin sellainen ilmiö kuin logistinen käyrä. Mikä tämä kauhea peto on? Otetaan esimerkkinä ilmailuhistoria:
1900-luku. Ensimmäiset kömpelöt kirjahyllyt, ensimmäiset tietueet - lennot useita kilometrejä yhden matkustajan kanssa.
1910th. Ensimmäiset partiolaiset, hävittäjät, pommikoneet, posti- ja matkustajakoneet.
1920-1930. Yön hallitseminen, ensimmäiset mannertenväliset lennot.
1940-luku. Ilmailu on vakava sotilas- ja kuljetusvoima.
1950-luku. Suihkumoottorit antavat uuden sysäyksen ilmailun kehitykselle - uudet nopeudet, etäisyydet ja korkeudet sekä vielä enemmän matkustajia.
1960-70. Ensimmäinen yliäänitaajuinen ja laajarunkoinen matkustajakone, ilmailu, on edullisempaa.
1980-90. Jarrutus. Kehitys on kalliimpaa, kehitysyhtiöt yhdistyvät jättiläisyrityksiksi. Ja lentokoneet ovat yhä enemmän samanlaisia toisiaan.
2000-luku. Raja. Kaksi jättiläistä, Boeing ja Airbus, valmistavat ulkoisesti identtisiä koneita, ja yliäänen matkustajakoneet ovat kuolleet kokonaan.
Jos käännät nämä saavutukset numeroiksi, saat seuraavan kuvan:
Astronautiassa tilanne on täsmälleen sama:
Selvyyden vuoksi S-käyräkaavio voidaan peittää kustannuskaaviona tämän tason saavuttamiseksi:
Ja "tänään" surua on se, että astronautiassa nykyisten tekniikoiden kanssa olemme lähellä kyllästystasoa. Teknisesti voit lentää miehitetyssä versiossa Kuuhun ja jopa Marsiin, mutta jotenkin on sääli rahasta.
Laita KC - saat painovoiman
Seuraava surullinen näkökohta, joka hidastaa viivaa avaruuteen, on se, että jotain erittäin arvokasta ei ole vielä löydetty, mihin kannattaa käyttää rahaa avaruuden tutkimiseen maapallon kiertoradan ulkopuolella. Huomaa, että matalan maan kiertoradalla on paljon kaupallisia satelliitteja - viestintä, TV ja Internet, meteorologiset ja kartografiset satelliitit. Ja niillä kaikilla on konkreettisia, rahallisia etuja. Ja mitä hyötyä miehitetystä lähetyskuusta kuuhun on? Tässä on virallinen luettelo Yhdysvaltain kuunohjelman tuloksista, jonka arvo on noin 170 miljardia dollaria (vuoden 2005 hintoina):
Kuu ei ole ensisijainen kohde, se on maanpäällinen planeetta, jonka evoluutio ja sisäinen rakenne ovat samanlaisia kuin Maan.
Kuu on muinainen ja säilyttää maan planeettojen ensimmäisen miljardin vuoden historian.
Nuorimmat kuukivet ovat suunnilleen saman ikäisiä kuin vanhimmat maalliset kivet. Aikaisempien prosessien ja tapahtumien, jotka ovat saattaneet vaikuttaa Kuuhun ja Maan, jälkiä löytyy nyt vain Kuulta.
Kuu ja Maa ovat geneettisesti sukulaisia ja muodostuvat eri osuuksista yhteisistä materiaaleista.
Kuu on eloton eikä sisällä eläviä organismeja tai paikallisia orgaanisia aineita.
Kuukivet ovat peräisin korkean lämpötilan prosesseista ilman veden osallistumista. Ne luokitellaan kolmeen tyyppiin: basaltit, anortosiitit ja brekiat.
Kauan sitten Kuu oli sulanut syvyyteen ja muodosti magman valtameren. Kuuvuoret sisältävät jäännöksiä varhaisista, pienitiheyksisistä kivistä, jotka kelluivat tämän valtameren pinnalla.
Magman valtameri muodostui joukosta valtavia asteroidi-iskuja, jotka muodostivat laavavirroilla täytettyjä altaita.
Kuu on jonkin verran epäsymmetrinen, mahdollisesti maan vaikutuksesta.
Kuun pinta on peitetty kivipaloilla ja pölyllä. Tätä kutsutaan kuun regoliitiksi ja se sisältää Auringon ainutlaatuisen säteilyhistorian, joka on tärkeä maapallon ilmastonmuutoksen ymmärtämiseksi.
Tämä on kaikki erittäin mielenkiintoista (ei vitsejä), mutta kaikella tällä tiedolla on korjaamaton haittapuoli - et voi levittää sitä leivälle, kaataa sitä polttoainesäiliöön tai rakentaa siitä taloa. Jos avaruuden avaruudesta löydettäisiin tietty "elerium", "tiberium" tai muu shishdostanium, jota voitaisiin käyttää:
Kustannustehokas energialähde.
Olennainen osa arvokkaan ja hyödyllisen tuotannossa.
Ruoka / lääke / vitamiini täysin uudella laadulla.
Ylellinen esine tai nautinnon lähde.
Jos se myös kasvaisi vain Marsilla tai asteroidivyöhykkeessä (eikä sitä lisääntyisi maapallolla) ja että ihmiset voisivat sen kaivaa (jotta ovela ihmiskunta ei lähettäisi halvempia ja vaatimattomampia robotteja), niin miehitetty avaruuden etsintä saisi korvaamattoman kannustimen. Ja hänen poissa ollessa, pessimistisessä skenaariossa 2020-luvulla, ihmiskunta voi menettää pysyvän läsnäolonsa jopa lähellä maata kiertoradalla - veronmaksajat voivat kysyä: "Miksi tarvitsemme uutta asemaa ISS: n jälkeen?"
Tsiolkovsky-kaavan kirous
Tässä se on, kosmonautiikan nemesis:
Tässä:
V on raketin lopullinen nopeus.
I - moottorin erityinen impulssi (kuinka monta sekuntia moottori yhdellä kilogrammalla polttoainetta voi tuottaa työntövoiman 1 Newton)
M1 on raketin alkuperäinen massa.
M2 on raketin lopullinen massa.
V täyden säiliön tapauksessa on ominaisnopeusmarginaali, eli nopeusmarginaali, jolla voimme tarvittaessa kiihdyttää / hidastaa. Tätä kutsutaan myös delta-V-marginaaliksi (delta tarkoittaa muutosta, ts. Se on nopeuden muutoksen marginaali).
Mikä tässä on ongelma? Otetaan kartta aurinkokunnan tarvittavista nopeuden muutoksista:
Kuvitellaan nyt, että haluamme lentää Marsille ja takaisin. Tämä on:
9400 m / s - lähtö maasta.
3210 m / s - poistuminen maapallon kiertoradalta.
1060 m / s - Marsin sieppaus.
0 m / s - saapuminen Marsin matalalle kiertoradalle (valkoinen kolmio tarkoittaa mahdollisuutta jarruttaa ilmakehää vastaan).
0 m / s - lasku Marsille (hidastamme ilmakehää).
3800 m / s - lähtö Marsilta.
1440 m / s - kiihtyvyys Marsin kiertoradalta.
1060 m / s - maan sieppaus.
0 m / s - siirtyminen matalalle Maan kiertoradalle (hidastumme ilmakehää vastaan).
0 m / s - laskeutuminen maapallolle (hidastamme ilmakehää).
Tuloksena on kaunis luku 19970 m / s, jonka pyöristämme ylöspäin 20000 m / s. Olkoon rakettimme ihanteellinen, eikä polttoaineen määrä vaikuta millään tavalla sen massaan (säiliöt, putkistot eivät painaa mitään). Yritetään laskea raketin alkumassan riippuvuus lopullisesta massasta ja ominaisimpulssista. Muuntamalla Tsiolkovsky-kaava saadaan:
M1 = eV / I * M2
Käytetään ilmaista matemaattista pakettia Scilab. Otamme lopullisen massan välillä 10-1000 tonnia, ominaisimpulssi vaihtelee välillä 2000 m / s (kemialliset moottorit hydratsiinilla) 200 000 m / s (teoreettinen arvio sähkökäyttöisen moottorin suurimmasta impulssista tänään). Minun on sanottava heti, että enimmäismassalla ja pienimmällä impulssilla on erittäin suuri arvo (22 miljoonaa tonnia), joten näyttöasteikko on logaritminen.
[m2 I] = meshgrid (10: 50: 1000,2000: 5000: 200000);
m1 = log (exp (20000 * I. ^ - 1). * m2);
surffailla (m2, I, m1)
Tämä kaunis kaavio on itse asiassa visuaalinen tuomio kemiallisille moottoreille. Tämä ei ole uutinen - kemiallisissa moottoreissa, kuten käytäntö täydellisesti osoittaa, voit tavallisesti laukaista pienet koettimet, mutta jopa kuuhun lentäminen miehistön kanssa on jo jonkin verran vaikeaa.
Helpotetaan olosuhteitamme. Oletetaan ensin, että aloitamme maapallon kiertoradalta ja tarvitsemme 20 km / s sijasta 10. Toiseksi leikataan tehottomien kemiallisten moottoreiden "pyrstö" asettamalla I: n vähimmäisarvoksi 4400 m / s (Space Shuttle -vetomoottorin AI) RS-25):
[m2 I] = meshgrid (10: 50: 1000,4400: 5000: 200000);
m1 = log (exp (10000 * I. ^ - 1). * m2);
surffailla (m2, I, m1)
Logaritminen asteikko:
Lineaarinen asteikko:
Luopumme kokonaan kemiallisista moottoreista. NERVA-ydinmoottorin tekoäly oli 9000 sekuntia. Lasketaan uudelleen:
[m2 I] = meshgrid (10: 50: 1000.9000: 5000: 200000);
m1 = exp (10000 * I. ^ - 1). * m2;
surffailla (m2, I, m1)
Lineaarinen asteikko:
Miksi toistan nämä yksitoikkoiset kaaviot? Tosiasia on, että tasainen alue, joka on nimetty "syyksi optimismiksi", osoittaa, että kun moottorit, joiden tekoäly on yli 50000 m / s, ilmestyy, on mahdollista lentää enemmän tai vähemmän siedettävästi ilman aluksia, joiden lähtöpaino on miljoonia tonnia aurinkokunnassa. Ja jo olemassa olevien sähkömoottoreiden tunnus on 25000-30000 m / s (esimerkiksi SPD 2300).
On kuitenkin ymmärrettävä, että syy optimismiin on hyvin hillitty. Ensinnäkin nämä tuhannet tonnit on toimitettava maapallon kiertoradalle (mikä on erittäin vaikeaa). Toiseksi nykyisillä sähkömoottoreilla on pieni työntövoima, ja kiihdyttämiseksi sopivalla kiihdytyksellä on tarpeen asentaa monen megawatin reaktoreita.
Rakennetaan toinen mielenkiintoinen kaavio. Kerro meille lopullinen massa - 1000 tonnia. Rakennetaan alkumassan riippuvuus spesifisestä impulssista ja lopullisesta nopeudesta:
[VI] = meshgrid (10000: 2000: 100000,50000: 5000: 200000);
m1 = exp (V. * (I. ^ - 1)) * 1000;
surffailla (V, I, m1)
Tämä kaavio on mielenkiintoinen, koska se on tietyssä mielessä katsaus ihmiskunnan kaukaisempaan tulevaisuuteen. Jos haluamme mukavan ja nopean lennon aurinkokunnan yli, meidän on mentävä yhden suuruusluokan korkeammalle hallitsemaan tietty impulssi - tarvitsemme moottoreita, joiden tekoäly on useita satoja tuhansia metrejä sekunnissa.
Täällä ei ole kalaa
Ihmiskunta erottuu oveluudesta ja kekseliäisyydestä. Siksi on keksitty monia ideoita avaruuteen pääsyn helpottamiseksi. Yksi tärkeimmistä parametreista, jotka luonnehtivat estettä, jonka yli haluamme hypätä, ovat kilogramman kiertoradalle laskemisen kustannukset. Erilaisten arvioiden mukaan (tämä sarake on poistettu Wikistä, tässä esimerkiksi toinen lähde) useille kantoraketeille, tämä hinta on välillä 4000--13000 dollaria kilogrammalta matalalla maapallon kiertoradalla. Mitä yritit keksiä, jotta ainakin maan lähellä olevalle kiertoradalle pääseminen olisi helpompaa, helpompaa ja halvempaa?
Uudelleenkäytettävät järjestelmät. Historiallisesti tämä ajatus on jo epäonnistunut kerran Avaruussukkula-ohjelmassa. Nyt Elon Musk tekee tämän ja aikoo istuttaa ensimmäisen vaiheen. Haluan toivottaa hänelle menestystä, mutta aikaisemman epäonnistumisen perusteella en usko, että tämä olisi laadullinen läpimurto. Parhaassa tapauksessa kustannukset laskevat muutaman prosentin.
Yksivaiheinen kiertorata. Hän ei ylittänyt hankkeita, toistuvista yrityksistä huolimatta.
Ilmakäynnistys. On onnistunut projekti pienelle hyötykuormalle, mutta ei skaalaa raskaille kuormille.
Rakettiton avaruuslasku. Paljon projekteja on keksitty, mutta niillä kaikilla on kohtalokas haittapuoli - vaaditaan tähtitieteellisiä investointeja, joita ei voida "ottaa takaisin" ilman projektin täydellistä valmistumista. Siitä ei ole hyötyä, ennen kuin avaruushissi, suihkulähde tai joukkokuljettaja on täysin rakennettu ja käynnistetty.
Kuin sydän rauhoittuu
Kuinka voit piristyä näiden surullisten pohdintojen jälkeen? Minulla on kaksi perustelua - yksi abstrakti ja perustavanlaatuinen, toinen täsmällisempi.
Ensinnäkin edistyminen kokonaisuutena ei ole yksi S-käyrä, vaan monet niistä, mikä muodostaa niin optimistisen kuvan:
Ilmailuhistoriassa voidaan erottaa esimerkiksi:
Ja varmasti, seisomme samankaltaisessa vaiheessa kosmonautiikan kehityksessä. Kyllä, nyt on jonkin verran pysähtyneisyyttä, ja jopa paluu on mahdollista, mutta ihmiskunta parhaiden edustajiensa pään kanssa murtaa tiedon muurin, ja jossain paikassa, jota ei vielä ole huomattu, uuden tulevaisuuden versot ovat läpi.
Toinen argumentti on uutinen ydinreaktorin kehittämisestä liikenne-energia-moduulille, joka etenee ilman suurta hätää:
Viimeisin uutinen tästä projektista oli kesällä - ensimmäinen TVEL koottiin. Työtä, vaikkakin ilman säännöllistä julkisuutta, jatketaan ilmeisesti, ja voi toivoa tulevina vuosina uuden periaatteessa uuden laitteen - sähkökäyttöisellä moottorilla varustetun ydinvoiman hinauksen.
P. S
Nämä ovat jonkin verran rypistyneitä ajatuksia, kutsumme niitä ensimmäiseksi iteraatioksi. Haluaisin saada palautetta - ehkä kaipasin jotain tai määritin väärin ilmiön merkityksen. Kuka tietää, ehkä palautteen käsittelyn jälkeen saat yhtenäisemmän konseptin tai keksit jotain mielenkiintoista?
Avor: imeskelytabletti