Тяжелый корабль для многолетнего изучения всей Солнечной системы

[Tungsten]

Насколько я понимаю тему, то нельзя пользоваться аналогией с обычного транспорта.

Посетить несколько планет не получится, так как топливо тратится не из-за расстояния, а при разгоне / торможении.

?Как раз таки ПОЭТОМУ - можно . Используя гравитационные маневры и экономичные траектории , можно .

[Tungsten]

 

?По моему это как-раз взаимоисключающие задачи:

Либо мы проводим гравитационный манёвр около небесного тела, либо тормозим корабль на его орбите для тщательных исследований.

 

Вы в курсе , что гравитационный маневр может дать как приращение скорости , так и убыль ?

 

Это раз . Два - небесная механика вообще , и орбитальное маневрирование в частности , полны парадоксов . Это как раз не езда на машине по шоссе . И прибавка скорости в одной точке траектории вовсе не означает , что скорость останется неизменной в любой другой точке . Грамотный гравитационный маневр выводит в точку рандеву как раз с тем расчётом , что бы требовалась наименьшая дельта V для последующего выхода на орбиту .

Можно и пролётные маневры создавать , но они далеко не единственные .

Да , аэродинамическое торможение в атмосфере тоже никто не отменял . Да , придётся тащить щит , но он всё равно легче при больших дельта V , нежели потребное количество топлива плюс силовая установка .

 

[Marlagram]

Вообще, прежде чем говорить о двигателях и манёврах, нужно поговорить о связи и информации.

Передача данных с зондов - это боль и страдания. Очень узкий, не слишком устойчивый канал, требующий ещё и весьма заметной инфраструктуры на Земле (ну и вокруг неё уже местами). Хранение собранных данных на зонде, хотя бы в буферном режиме (т. е. сделали несколько кадров на пролёте, потом пол-года передаём что получилось пока летим к следующему объекту интереса) - это тоже мягко говоря сложная проблема. Особенно для долгоживущих аппаратов.

Я подозреваю, что если бы был прорыв в двигателях - были бы у нас возвращаемые зонды. "Грузовик DVD-RW" в космическом исполнении мог бы быть даже выгодным при достаточной дельта-V по сравнению с капилляром нонешней радиосвязи. Но, всё же, более вероятен вариант с лазерной системой связи на зондах и орбитальными ретрансляторами... При этом доля массы системы связи в общей массе зонда, с учётом прогресса датчиков с одной стороны и физических ограничений на минимальную мощность сигнала с другой, будет вероятно расти.

 

[MGouchkov]

Ну ТХ системы связи достаточно жёстко зависят от лимита массы КА на её долю, так что здесь в тяжёлой АМС может быть сильно легче.

Пока - проблема для таких - ресурс энергоустановки 

Edited 30 May 2015 by MGouchkov

[Цытатэр]

1. Невозможно в принципе. 2. Нереализуемо технически. 3. Невыгодно экономически.

Третий пункт это порог Рооба.

[Aturan]

Тоже задумывался над вариантами "большой АМС", которая должна была бы быть универсальной по максимуму. На размышления меня воодушевил "Новые Горизонты".

И вот две проблемы, которые на мой взгляд самые существенные и поэтому требуют большЕго корабля: энергоустановка и канал связи.

Энергоустановка - РИТЕГ, у которого мощность что-то около 200 Ватт(это 3-4 лампочки, экономных - ну десяток) и с каждым годом падает. В следствии чего вся аппаратура не может работать эффективно, в каждый момент времени только один-два прибора, и это еще учитывать работу приемника-передатчика итд.

Канал связи - направленный луч, которым целят по Земле. Если станция изменит ориентацию в пространстве и чаша окажется отвернутой - все, суши весла, связи с аппаратом не будет. Ну и программа исследований загружается предварительно, с учетом всех поворотов корабля, включением-выключением движков, приборов и прочего.

 

Ну и рассуждая дальше. Первым делом решить проблему энергоустановки - ядерный реактор как основной источник питания. Но включаться будет только тогда когда питание от солнечных батарей уже невозможно(и оные можно либо вообще сбросить, либо сбросить и на обратном пути подобрать и снова использовать, в зависимости от миссии). Реактор также включается периодически и заряжает аккумуляторы(хотя насчет такой схемы я хз, будет ли так выгоднее?). На самый крайний случай можно поставить еще блок с топливными элементами, чтобы в случае чего поддерживать работу корабля пока на Земле что-то не придумают. Ну и поскольку реактор это вещь большая + экраны  чтобы не мешал работе остального оборудования + дублирование(то бишь запасной реактор) выплывает вопрос о увеличении размеров корабля. 

Во-вторых, канал связи в частности и вопрос управления кораблем вообще. Ну само собой, что антенных блоков должно быть несколько, и они должны иметь собственную систему ориентации, благо мощность реактора должна это позволять. Далее, два варианта решения - либо установка на корабль продвинутой системы ИИ(это уже технологии будущего, но обещают лет через 10 осуществить на уровне Джарвиса Тони Старка) либо перед запуском корабля устроить широкую сеть ретрансляторов(и она должна быть именно широкой во всех смыслах, потому что нафиг она нужна, если будет ориентирована только под эту миссию?).

Если вариант с ИИ - то он должен иметь возможность сам принимать решения о выполнении исследований, выборе лучшего курса, реагировании на препятствия и непредвиденные ситуации. На Земле в него нужно заложить только изначальный маршрут экспедиции, и список того что необходимо будет сделать, все остальное он сделает сам. Ну и это уже домыслы, но ИИ нужно запрограммировать на любопытство. И тут тоже желательно его продублировать(или вообще пусть их несколько одновременно работает, и решение принимают на основе общего консенсуса). И в случае полного ПЭ - связь с Землей для запроса дальнейших директив. 

Если вариант с ретрансляторами - перед запуском этого корабля необходимо наладить сеть ретрансляторов, которые обеспечили бы возможность гарантированной двухсторонней связи в любой точке Солнечной Системы. Я с точки зрения как чисто программиста, который чуть-чуть знает физику предполагаю   следующее. Где-то на уровне орбиты Юпитера запустить 6-10 спутников вне плоскости эклиптики Солнечной Системы. Таким образом чтобы в любой момент времени в северной и южной полусферах находилось не менее двух аппаратов. Также повесить по 2-3 таких аппарата на высокие орбиты планет юпитерианской группы, и по одному аппарату в точке противостояния каждой планеты(ну типа на другой стороне орбиты). По идее наличие сети таких аппаратов обеспечит стабильную связь с будущим кораблем, в перспективе связь со всеми последующими экспедициями, и в дальней перспективе - единую сеть связи в границах солнечной системы как для необитаемых кораблей и станция так и для будущих пилотируемых полетов. Еще как вариант такую сеть можно будет использовать как один большой радиотелескоп(ну или на каждый спутник повесить еще кучу всякого полезного оборудования).

Итак, база корабля  должна вмещать в себя: 2 реактора, разнесенных физически друг от друга и укрытых экранами, отделяемый блок солнечных батарей, блок топливных элементов(система аварийного питания), несколько независимых антенных устройств с собственной системой ориентации, блок ИИ с отдельной системой охлаждения(если вариант с ИИ), ну и само собой запас топлива для маневровых и маршевых двигателей. Я не могу посчитать какого все это выйдет размера, но допущу что это по будет не меньше корпуса боинга. И уже в этот корпус можно довешивать всевозможные приборы, зонды, сканеры, если раскатать губу - то несколько посадочных модулей(с возможностью либо их обратного возвращения полностью либо только маленькой капсулы с собранными материалами). 

На базе такого корабля можно будет строить гораздо более сложные и интересные миссии по исследованию Солнечной системы. Ну например, корабль посещает 2-3 планеты, высаживает на них спускаемые модули, забирает результаты, движется к границе системы, когда основная программа выполнена - все собранные материалы пакуются в капсулу и выстреливаются в сторону Земли, а корабль сбрасывает все лишнее и стартует вдогонку за вояджерами.

Ну как то так. Чисто мое видение, без учета "сколько это будет стоить" и "кому же это надо", по технической части - чисто моя фантазия, уверен тут есть куча замечаний по этой теме.

[ssg10000]

В крайнем случае есть вариант разовых полетов с пополнением запасов на околоземной орбите. Т.е. корабль слетал на Юпитер, запустил в него дирижабль-зонд, изучил все спутники Юпитера, пробурил лед Европы и запустил туда подлодку-зонд в подледный океан, высадил самоход на Ио и изучил там вулканы и прочее. После этой миссии корабль вернулся на околоземную орбиту, поменял экипаж, пополнил запасы топлива, подремонтировался и полетел к Сатурну.

[Zenitchik]

В крайнем случае есть вариант разовых полетов с пополнением запасов на околоземной орбите.

Ядерный электроракетный буксир с разными экспедиционными комплексами.

[Marlagram]

На мой взгляд тут есть ключевое сочетание факторов.

дельта-V, траектории, достигаемая скорость и типичное время в полёте vs скорость деградации оборудования, причём как физической - так и моральной.

Нельзя забывать о том, что те же солнечные батареи - они имеют достаточно ограниченный срок эксплуатации. Компьютерные системы, предполагающие десятилетия работы в космосе имеют огромную себестоимость, очень ограниченные возможности и очень замысловатый код. Потому что высокоэнергетические частицы...

Да даже металл - и тот не слишком уж вечен.

Поэтому миссии с сроком "оборота" более 5-7 лет пока что однозначно в один конец...

[ssg10000]

Итак чисто для Юпитера нам предварительно надо: дирижабль для запуска в атмосферу газового гиганта с максимальной прочностью, бурильный зонд для Европы и подлодку для изучения ее подледного океана, самоход для изучения Ио и что еще?

[blacktiger63]

Потому что высокоэнергетические частицы...

Да даже металл - и тот не слишком уж вечен.

Вояджеры? Не, не слышал

[Marlagram]

Вояджеры? Не, не слышал

Многолетние полёты с ускорением и торможением об атмосферу на Вояджерах? Нет, не слышал.

[Zenitchik]

Итак чисто для Юпитера

Для каждого Галилеева (а может, не только) спутника лендер + орбитер для ретрансляции сигнала. Для Юпитера дирижабль и орбитеры разного назначения для ДЗ, изучения магнитного поля, радиационных проясов, пр.

А электроракетный буксир, доставив всё это, летит домой для регламентных работ, дозаправки и оснащения к следующей миссии. Либо остаётся там, как чрезвычайно мощный орбитер-ретранслятор, потому что чем выше энергетика передатчика, тем выше может быть скорость передачи.

[blacktiger63]

Нет, не слышал.

Пичалька, читайте больше, авось поможет. А тем не менее, Вояджеры доказали, что собранная правильными руками электроника, источники энергии, и разумеется металлы, способны функционировать в межпланетном пространстве многие десятилетия, намного превысив заложенный конструкторами ресурс. Полет с ускорением менее 10 g определяет ресурс двигателя и запас рабочего  тела. И то и другое вполне решаемо, торможение об атмосферу не идет ни в какое сравнение с посадкой на Землю, однако многоразовые шаттлы в природе водились, так что это тоже не камень преткновения.

[ssg10000]

И то и другое вполне решаемо, торможение об атмосферу не идет ни в какое сравнение с посадкой на Землю, однако многоразовые шаттлы в природе водились, так что это тоже не камень преткновения.

Тем более наш корабль сам садится на планеты не будет, а будет висеть на орбите, пока съемные шатлы не слетают с космонавтами туда и обратно. А раз посадка не предусмотрена, то можно не беспокоиться об обтекаемости базового корабля и собирать его модулями на орбите Земли, а не поднимать целиком.

[Анастасия Логинова]

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AF%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%83%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%BA%D0%B0

Возможно такое сделать этак в середине 1970-х?

[dragon.nur]

А прочитать по внутренней ссылку про Ромашку и Бук у вас уже не хватает?