В день космонавтики традиционно принято мечтать о высоком… Помечтаем? А заодно тут будет немного о прошлой статье об освоении Марса.
Рассмотрим три концепции передвижения космических аппаратов.
Космическая артиллерия. Теория доказанная практикой
Рискованная идея ракетной почты до появления интернета была неплохим потенциально дешевым способом быстрой доставки писем. Доставка посылок на орбиту с помощью пушки может стать более успешной «почтой», разумеется если не появится более дешевый способ доставки грузов, и будут решены схожие с ракетной почтой проблемы!
На основе этого мысленного запуска ядра на орбиту Ньютон составил уравнение по которому вычисляется стабильная орбита спутников.
Для этого надо объединить закон всемирного тяготения Ньютона с уравнением кругового движения, и конечным результатом будет простое уравнение.
V = √ [(G x ME) / R]
где
V = орбитальная скорость
G = универсальная гравитационная постоянная
мэ = масса Земли
R = расстояние от центра Земли до объекта на орбите.
Для поддержания массы 1 кг на орбите на высоте 100 км требуется орбитальная скорость 7,85 км / с. Энергия, необходимая для достижения высоты 100 км
Работа, которую необходимо выполнить на объекте весом 1 кг для достижения высоты 100 км над поверхностью Земли, рассчитывается следующим образом.
Проделанная работа = сила тяжести х высота по вертикали
= (1 х 9,8) Н х (100 х 1000) м
= 980 000 джоулей
Если учесть тот факт, что гравитация очень незначительно уменьшается с увеличением расстояния от Земли, скорректированное значение составляет 967 000 джоулей.
После теории хорошо увидеть практику применения мега-пушек. Единственный реальный пример на данный момент это проект HARP(High Altitude Research Project).
В 60-х годах канадец Джеральд Булл вел разработки легко-газовых суборбитальных пушек в рамках проекта HARP. Были построены три схожие по конструкции пушки одна из которых на Барбадосе, и две на территории США, Канады.
Калибр орудий HARP составлял 406 мм, а длина ствола – порядка 40 метров.
Снарядами у этих пушек были высотные атмосферные зонды, которые взлетали на высоту до 100 км. Для стрельбы использовали снаряд весом 180 кг, который вылетал из ствола со скоростью 3600 м/с (12 960 км/ч) что позволяло достичь апогея орбиты в 180 км.
Орбитальный полет такого снаряда без размещения двигателей коррекции полета на снаряде физически невозможен, и по этому несмотря на набираемую высоту зонд падал вниз. Если бы как в теории Ньютона «ядро»-зонд можно было направить по круговой орбите с высоты от 100 км над поверхностью, то подобный полет мог бы быть орбитальным и без двигателей.
В планах Булла как раз был проект снаряд-ракеты «Marlet», которая могла бы доставить небольшой спутник на орбиту.
Устройство пушки HARP на практике отличалось от ньютоновской и смесью для ускорения «ядра». Вместо пороховых смесей была применена технология расширяющегося газа (водорода, и иногда гелия). Это нужно было, для того чтобы придать максимальное физическое ускорение снаряда, потому что в конечном счете расширение газа в стволе для ускорения зависит от его массы.
Пушка на легких газах действовала по принципу пневматической, только сжимался перед выстрелом не воздух, а газ. Такой принцип ускорения мог придать снаряду скорость до 6−7 км/с, а в отдельных тестах удавалось разгонять снаряд и до 11 км/с!
Интересно, что конечной целью проекта HARP было создание работоспособного метода запуска миниатюрных космических аппаратов при помощи пушек, но по причине финансовых проблем от этой идеи отказались переведя испытания в область изучения гиперзвуковых технологий.
Одним из экзотических, но ценных грузов могут быть… радиоактивные отходы!
Когда я летаю из Техаса в Европу, я плачу 3–6 долларов за фунт, в зависимости от того, насколько хорошо я покупаю билет. Когда спутник или шаттл запускается в космос, клиент (или налогоплательщик) платит более 10 000 долларов за фунт. Это главная проблема космического полета: до тех пор, пока стоимость полета в космос резко не уменьшится, крупномасштабное исследование и эксплуатация космоса не будут проводиться.
В настоящее время мир отправляет в космос приблизительно 200 тонн полезных грузов, что эквивалентно двум 747 грузовым рейсам. При запуске в 50–500 миллионов долларов очень немногие грузы могут оправдать свою стоимость. У нас здесь классическая ситуация с курицей и яйцом. Пока космический полет остается очень дорогим, полезная нагрузка будет небольшой. Пока полезные нагрузки остаются маленькими, ракеты будут дорогими.
Если бы годовой спрос составлял 5000 тонн вместо 200, уравнение изменилось бы. Инженеры будут иметь стимул для разработки более эффективных систем запуска. Большие гарантированные полезные нагрузки могут значительно снизить стоимость выхода на орбиту, открывая новую, доступную эру в космосе для правительств, предприятий, университетов и, как мы надеемся, частных лиц.
Откуда взялся этот новый груз? К счастью, есть ответ. К сожалению, это не очень привлекательно, по крайней мере на первый взгляд, но это ядерные отходы высокого уровня, радиоактивное отработавшее топливо весом до 45 000 тонн и объемом до 380 000 кубометров, а также технологические отходы и детрит (в отличие от более распространенного, но гораздо менее опасного и недолговечные отходы низкого уровня) из шести десятилетий программ создания ядерного оружия и гражданских электростанций.
Есть три веских причины отправить ядерные отходы в космос. Во-первых, это безопасно. Во-вторых, размещение в космосе лучше, чем в альтернативном подземном захоронении. В-третьих, это может, наконец, открыть дверь к широкому использованию пространства.
Из-за очевидной и реальной обеспокоенности по поводу перемещения такого опасного материала в любое место, не говоря уже о космосе, это предложение справедливо поднимает вопрос безопасности. Можно ли безопасно вывести ядерные отходы на околоземную орбиту? Ответ — да. Поддерживая систему запуска на месте, вместо того, чтобы ставить ее на автомобиль, проектируя и изготавливая неразрушимые контейнеры, а также организовывая многоуровневые меры предосторожности, мы можем действовать разумно и безопасно.
Проблема ядерных отходов
Проблема утилизации ядерных отходов актуальна, особенно для будущих поколений. Оставление радиоактивных отходов на земле создает постоянные и заманчивые цели для терроризма, а также угрожает окружающей среде. У нас есть моральный долг решить эту проблему сейчас, чтобы мы не обременяли этим своих детей и их детей.
В течение двадцати лет федеральное правительство предпочитало решение проблемы ядерных отходов через подземное захоронение, в частности, более 11 000 30–80-тонных канистр, захороненных в 160 километрах туннелей в сотнях метров под горой Юкка в северной Неваде. Сорок девять государств поддерживают этот план. Нетрудно догадаться, какое государство этого не делает.
Чтобы быть справедливым по отношению к Неваде, любой сайт вызвал бы те же возражения со стороны любого, кто проиграл эту лотерею, но политики все еще зацикливаются на идее захоронения. Опасения Невады оправданы: исследователи не могут гарантировать полную изоляцию окружающей среды в течение тысяч лет, необходимых для безвредного разложения этих отходов. Недавний отчет Управления по подотчетности правительства поднял около 200 технических и управленческих проблем. Даже обещание строительства и обслуживания не поколебало скептическую публику.
Исторически мусор был чем-то, что можно было похоронить или переработать. Следовательно, утилизация ядерных отходов осталась в компетенции геологов, которые профессионально склонны смотреть вниз, а не вверх. Это недальновидно. Постоянная ликвидация высокоактивных радиоактивных отходов требует переосмысления проблемы. Нам нужно смотреть вверх, а не вниз. Давайте поместим радиоактивные отходы высокого уровня, где бы они ни находились, далеко в космос, где они никому не будут угрожать на земле.
Решение лазерного запуска
Ни космический челнок, ни обычные ракеты не справляются с этой задачей. Они не только дороги, но им не хватает желаемой надежности и безопасности, как показывают страховые тарифы. Вместо этого нам нужно разработать системы запуска нового поколения, в которых пусковая установка остается на земле, так что космический корабль почти весь полезный груз, а не пропеллент. Наряду с более эффективными, наземные системы по своей природе более безопасны, чем ракеты, поскольку капсулы не будут нести жидкое топливо, что исключает опасность взрыва в полете. Капсулы также не будут иметь насосов и другого механического оборудования ракет, что еще больше уменьшит вероятность того, что что-то пойдет не так.
Как на самом деле будет работать удаление ядерных отходов в космосе? В самом простом подходе наземная лазерная система запускает капсулы прямо из солнечной системы. В более сложной схеме лазерная система поместит капсулы на ядерно-безопасную орбиту, по крайней мере, на 1100 километров над землей, чтобы они не могли вернуться как минимум на несколько сотен лет. Затем космический буксир прикрепит капсулы к солнечному парусу для движения к месту их конечного назначения, вращающегося вокруг Солнца, далеко от Земли.
Основная концепция проста: пусковая установка ускоряет капсулу, чтобы ускориться. Как пистолет, к цели направляется только пуля, а не весь пистолет. В отличие от челнока или ракеты, наземные системы предназначены для быстрого повторного использования. Чтобы продолжить аналогию, пистолет перезагружается и снова стреляет. Эти системы будут отправлять десятки или сотни килограммов вместо тонн на орбиту за запуск.
Из трех возможных технологий — лазерных, микроволновых и электромагнитных рельсовых пистолетов — лазерное движение является наиболее перспективным на следующее десятилетие. В лазерном двигателе лазерный луч с земли попадает на дно капсулы. Результирующее тепло сжимает и взрывает там воздух или твердое топливо, обеспечивая подъем и управление. Хотя это звучит как научная фантастика, эта концепция — больше, чем просто элегантная идея. В октябре 2000 года 10-киловаттный лазер на Ракетном полигоне «Белые пески» в Нью-Мексико поднял 50-граммовый легкий корабль на 60 метров по вертикали. Эти цифры кажутся небольшими, но доказывают основную выполнимость концепции.
Американские исследования, в настоящее время проводимые в Политехническом институте Ренсселаера в Нью-Йорке и предшествовавшие работе в Ливерморской национальной лаборатории Министерства энергетики Лаврентия в Калифорнии, финансировались на низких уровнях ВВС США, НАСА и группой FINDS, занимающейся разработкой космического пространства. У Соединенных Штатов нет монополии в этой области. Четыре международных симпозиума по энергетической силовой установке привлекли исследователей из Германии, Франции, Японии, России, Южной Кореи и других стран.
Долгосрочная выгода от наземной системы будет гораздо большей, если она в конечном итоге сможет работать с людьми так же, как с плутонием. Профессор физики Дартмута Артур Кантровиц, который впервые предложил лазерные двигатели в 1972 году, считает эту концепцию еще более перспективной на сегодняшний день из-за более эффективных лазеров и адаптивной оптики, технологии, используемой астрономами для улучшения обзора, и ВВС для воздушно-капельного противодействия. лазер для баллистических ракет.
Куда должны в конечном итоге пойти ядерные отходы? Отправка капсул из солнечной системы является самым простым вариантом, потому что лазер может напрямую запустить капсулу на своем пути. И Иван Беки, бывший директор передовых программ НАСА в Управлении космическими полетами, и д-р Джордин Т. Каре, бывший технический директор Программы лазерного движения Организации стратегической оборонной инициативы, которая осуществлялась с 1987 по 1990 годы, подчеркивали необходимость солнечного побега. это самый надежный выбор, потому что меньше может пойти не так.
Второй вариант, солнечная орбита внутри Венеры, сохранил бы возможность получения капсул. Будущие поколения могут найти наши радиоактивные отходы ценными, так же как старые шахтные отходы являются сегодня полезным источником драгоценных металлов. В конце концов, отработанное топливо все еще содержит более трех четвертей исходного топлива и может быть переработано. Террористы или государства-изгои могут быть в состоянии добраться до этих капсул, но если они обладают такими техническими возможностями, кража ядерных отходов будет одной из наших самых серьезных проблем. Этот подход является более сложным, требуя временной земной орбиты и солнечного паруса, чтобы переместить его на солнечную орбиту, таким образом увеличивая вероятность того, что что-то пойдет не так.
Решение проблемы безопасности
Вопрос безопасности состоит из двух компонентов. Одним из них является фактическое проектирование безопасных операций. Это наглядно и проверяемо. Другой, не менее важной частью является общественное восприятие безопасности. Как отметил профессор ядерной инженерии Университета Миссури Уильям Миллер, специалист по ядерному топливному циклу и управлению топливом, «очевидной проблемой является общественное восприятие. Независимо от того, как далеко вы зайдете, чтобы показать, что это безопасно, всегда найдется кто-то, кто скажет «что если». Джон В. Постон, техасский профессор ядерной инженерии A & M с 46-летней карьерой в области физики ядерного здоровья, согласен с тем, что убеждение людей в безопасности космического захоронения является сложным, если не более, чем актуальными техническими вопросами.
Безопасность должна соответствующим образом доминировать в публичном обсуждении этого предложения. Чтобы добиться успеха, утилизация помещений должна демонстрировать меньший риск и неопределенность, чем подземная утилизация. Технически этот проект должен быть полностью безопасным, но, тем не менее, он не будет успешным, если потенциальные сторонники и противники не будут полностью убеждены в его безопасности и эффективности.
Обеспечение безопасности возможно. Двумя основными проблемами являются запуск капсулы и обеспечение целостности капсулы. Лазерный запуск безопаснее и надежнее ракет. Отсутствие ракетных топлив и сопутствующих движителей исключает возможность взрыва. Основная проблема была бы, если бы лазер вышел из строя до того, как капсула достигнет скорости убегания. Поскольку капсула будет иметь форму пули, ее баллистические характеристики хорошо известны. Таким образом, если произошел сбой запуска, капсула приземлится только в известных зонах восстановления. Траектории запуска будут разработаны, чтобы избежать населенных пунктов.
Одним из преимуществ лазерной системы запуска является то, что безопасное возвращение из этих прерванных миссий может быть продемонстрировано путем тестирования с инертными капсулами. Множество запусков может проверить каждый возможный сценарий, эквивалентный стрельбе из новой винтовки, чтобы понять все ее характеристики. Это не могло быть сделано с ракетой. Если требуется еще один уровень безопасности, размещение системы запуска на острове в Тихом океане еще больше снизит вероятность прерывания посадки в населенном пункте. Такая изоляция также улучшит безопасность.
Сама капсула должна защищать свой радиоактивный груз не только от требований нормального запуска с его сильным атмосферным нагревом и аэродинамической нагрузкой, но также и от возможных аварий, начиная от повторного попадания в атмосферу до серьезно испорченного запуска, который может отправить капсулу в высокий давление глубин океана или на сушу. Подводя итог инженерным задачам, Боб Карпентер, руководитель программы космической ядерной энергетической программы Orbital Sciences, предупредил: «Я не говорю, что они непреодолимы, но это основные технические проблемы, которые необходимо решить».
Джордин Каре, в настоящее время независимый консультант по аэрокосмической отрасли, настроен более оптимистично. Лазер может медленно ускорять капсулу в нижней атмосфере, уменьшая нагрев. Кроме того, отметил инженер-ядерщик НАСА д-р Роберт С. Синглтерри, те же самые анализы и технологии аэробрейкинга, которые используют атмосферу планеты для замедления посещения космического корабля, как продемонстрировал в 1997 году Глобальный геодезист Марса, могут обеспечить контроль над капсулой, покидающей атмосферу Земли.
Целостность капсулы также может быть продемонстрирована. Аэрокосмическая отрасль накопила десятилетия исследований и опыта по хранению радиоактивных материалов в контейнерах, которые могут сохранять их целостность, несмотря на попадание в атмосферу, аварии, взрывы и другие потенциальные катастрофы. Они называются ядерными боеголовками. Проектирование контейнеров для утилизации в космосе вполне соответствует современному уровню техники. Доктор Роуланд Э. Бернс, инженер, который в середине 1970-х годов проводил исследование НАСА по этому вопросу, заявил, что возможно спроектировать и сконструировать контейнеры, которые могут безопасно противостоять требованиям даже катастрофического взрыва, заявив: «Я выиграл» Я бы сказал, что вам придется взорвать контейнер, чтобы разбить его, но для этого потребуется нечто подобное ».
Технология материалов улучшилась с 1970-х годов, что делает возможным использование еще более жестких капсул. Поскольку затраты на запуск будут относительно недороги, инженеры могут перестраивать конструкцию для обеспечения безопасности, вместо того чтобы пытаться создать максимально легкий контейнер. Надежные капсулы могут быть построены, хотя соотношение отходов и экранирования будет низким.
Обеспечение безопасности должно иметь включающий компонент. Широкая группа заинтересованных сторон, включая скептиков и противников, должна определить критерии тестов и сценарии, которые должны пройти сторонники. Однако компьютерного моделирования и контролируемых испытаний будет недостаточно. Необходимы убедительные демонстрации, такие как прерывание запусков с пробным грузом и отправка испытательных капсул для повторного входа в атмосферу, чтобы успокоить страхи и доказать достоверность расчетов безопасности. Минимальная опасность должна быть продемонстрирована, а не принята. Тех оппонентов, которые в одностороннем порядке отвергают космическую утилизацию, следует предложить альтернативу. Ядерные отходы не исчезнут по собственному желанию.
Дорого и недорого
А как насчет экономики? Давайте будем честными и откровенными в наших отчетах: утилизация космоса в конечном итоге обойдется в десятки миллиардов долларов, но федеральное правительство уже потратило 8 миллиардов долларов на исследование подземного захоронения и ожидает, что общая стоимость составит 60 миллиардов долларов. Разница в том, что будущим поколениям не нужно будет беспокоиться об отходах, и у них будет инфраструктура для выхода в космос. Хотя технологически впечатляюще, разработки в области бурения туннелей имеют гораздо меньший потенциал. Утилизация в любой форме будет дорогой. Распределение космоса, по крайней мере, предлагает основной побочный эффект, недорогой доступ к космосу. Внесение небольшой надбавки — доли цента за киловатт-час электроэнергии — на энергию, вырабатываемую ядерными реакторами, позволит покрыть эксплуатационные расходы.
Как система может быть дорогой и недорогой? Судя по стоимости других высокотехнологичных проектов, таких как Airbus 380 и Boston's Big Dig, разработка системы лазерного запуска потребует не менее 5–10 миллиардов долларов. Это большие деньги, но исторически космические технологии стоят дорого: программа Apollo стоила более 150 миллиардов долларов в современных долларах. На создание реальной системы запуска потребуется несколько миллиардов долларов, а на операции — еще миллиарды. И даже если цена за фунт спасения составляет всего 100 долларов, 5000 тонн — 1 миллиард долларов.
Мы, как и мы, должны в будущем определить, является ли космическое захоронение лучшим способом обращения с ядерными отходами. Соответственно, в течение следующих нескольких лет НАСА и Министерство энергетики должны разработать три исследовательские программы. Первый будет определять критерии и приемлемость для демонстрационной программы. Вторая программа будет разрабатывать безопасные капсулы, а третья программа будет тестировать наземную систему. По цене нового отеля в Лас-Вегасе или одного-двух дней оборонного бюджета у нас будет достаточно информации, чтобы решить, следует ли выделять большие ресурсы для размещения в космосе.
Удаление космоса может не показаться очевидным решением проблемы ядерных отходов высокого уровня. Утилизация ядерных отходов также не является очевидным ответом на вопрос о том, как снизить стоимость достижения места. Но огромные масштабы ядерных отходов дают стимул для разработки систем запуска, которые резко сократят стоимость космической эксплуатации. Результатом будут более низкие эксплуатационные расходы, больше инфраструктуры и более квалифицированный персонал, способный осваивать другие области пространства.
Развитие компьютера может предложить хорошую аналогию. Государственное финансирование, в основном со стороны военных, разведывательного сообщества и НАСА, значительно ускорило исследования, разработки и распространение компьютеров с 1940-х годов. Федеральное правительство сделало это для проведения проектов национального значения, таких как перепись, социальное обеспечение, исследования оружия (особенно ядерных взрывов), криптоанализ и исследование космоса. Только в 1970-х годах гражданский рынок стал достаточно большим, чтобы захватить технологическую инициативу.
Распределение пространства может оказаться аналогичной возможностью. После того, как наземная пусковая установка будет разработана и построена, строительство дополнительных пусковых установок будет гораздо менее дорогостоящим и рискованным. Тогда мечта о доступном доступе к космосу может стать реальностью, открывая последний рубеж способами, о которых мы не мечтали с 1960-х годов. Не менее важно, что мы будем действовать этично, предоставляя нашим детям более безопасную землю и недорогой доступ к космосу для людей, а также плутония.
Паровая ракета. Абсурдная реальность.
Если сейчас сказать любому человеку что ракеты для запуска на орбиту являются в определенном смысле паровыми, то это вызовет мягко говоря недоверие… а ведь это действительно так! А в будущем есть все шансы что это будет буквально именно так!
Двигатель, названный Thunderbolt II, имел суммарный импульс 8000 фунтов в секунду и представлял собой паровую ракету, которая производила тягу 1333 фунта в секунду в течение 6 секунд.
Энергетическая солнечная паровая ракета может иметь мощность выброса 195 секунд или 1,91 км / с. Конечно, при использовании удельных импульсов в жидком водороде достигаются 1020 секунд или скорость выхлопа 10,00 км / с.
Объект на низкой околоземной орбите движется со скоростью 7,91 км / с. Он должен увеличить свою скорость на 3,28 км / сек, чтобы сбежать с Земли.
и = 1-1 / ехр (3,28 / 1,91) = 0,820446 ~ 82,1%
Теперь, если доля конструкции такая же, как у твердых ракет, предполагающих перегрев пара в резервуаре с закрытым клапаном, тогда достижима структура 3,9%. Таким образом, полезная нагрузка в 14% возможна.
Грузоподъемность 10 тонн, общий вес 71,43 тонны. 58,64 тонн воды. Бак 2.78 тонн и структура. Если концентратор не перевозится по 160 ГДж, необходимо добавить энергию в бак с перегретой водой. Зеркалу диаметром 50 м требуется 4,5 часа для накопления 58,64 тонн перегретого пара.
Трехступенчатая ракета больше, чем Сатурн V, может поместить 10 тонн полезной нагрузки!
Для 3469,7 тонн пара требуется 9493 ГДж перегретого пара. Электростанция мощностью 500 МВт оснащена тепловым котлом мощностью 1250 МВт. Таким образом, такая ракета может быть заряжена за 2,11 часа!
При плотности вдвое меньшей плотности воды первая ступень представляет собой сферу диаметром 24 метра. Этап 2 составляет 12,5 метра. Стадия 3 — 6,5 метра в диаметре. Всего 40 метров высоты. Конус с углом раскрытия 37,8 градуса. Общая высота 49,75 м.
Ответ от William Mook, Assisted Bob Laughlin Energy & Aerospace and Aeronautical Engineering, Stanford University
Первый, и пока единственный пример полета паровой ракеты с человеком на борту показал «плоскоземельщик» Майк Хьюз.
Полет был неудачным, и даже на стадии разработки и постройки имел высокие риски «не взлететь». Однако он полетел… и разбился о небесную твердь землю.
Более удачные конструкции паровых ракет в 90-х в США создавал Тим Пикенс.
Его ракеты летали без пассажиров, и использовались для демонстрации возможностей паровой тяги.
Кроме ускорения вверх его ракеты использовались и для ускорения автомобилей.
В Германии запускала похожие ракеты проектная группа AQUARIUS. Запуски ракет проводились с 1992 по 2003 год в основном с военного полигона Бундесвера в Klietzе. Взлетная масса ракет не превышала 60 кг.
Орбиты эти ракеты не достигали по понятным техническим ограничениям, тем не менее паровой орбитальный ракетный двигатель все же существовал!
Идею удалось осуществить на спутнике UK-DMC, запущенном в 2003 году.
Британская компания Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL) совместно с Европейским космическим агентством (ESA) установила на этот спутник небольшую паровой двигатель!
Экспериментальная реактивная паровая установка при весе 13 граммов потребляла 3 ватта для нагрева 2.06 грамма воды. Это создавало основу для реактивного движения — перегретый пар (до 200 градусов).
При тестировании в течение 30 секунд спутник получил тягу в 3,3 миллиньютонов, что в последствии дало отклонение в 55 градусов (компенсация этой тяги осуществлялась за счет специального маховика).
Орбитальные испытания показали — паровая тяга как двигатель малой тяги применима для использования в нано-спутниках (масса менее 10 кг).
В теории энергию на нагрев воды можно взять с помощью орбитальных зеркал, что есть в многих проектах космических аппаратов по добыче льда/воды на астероидах, и других малых планетах. Эти возможности пока еще не испытаны, в отличие от зеркал на орбите.
Орбитальное зеркало — солнечный парус.
Когда говорят «орбитальное зеркало» предполагают отражение света на поверхность Земли, когда говорят «космический парус» — передвижение космического корабля за счет отражения фотонов Солнца. А по сути это одно и то же!
Плотность солнечной энергии падающей на Землю летом равна в среднем 1.36 Квт/м2.
Все это дает основания, для того чтобы задуматься о размещении на орбите зеркал передающих энергию на поверхность Земли.
Без учета влияния рассеивания света, облачности в районе падения «зайчика» и угла падения света теория расчета выглядит так.
По этой формуле каждый может рассчитать диаметр зеркала и высоту орбиты, необходимые для освещения участка на Земле.
Попутно с расчетом светового пятна нужно учитывать скорость и время освещения точки на Земле если зеркало находиться не на геостационарной орбите.
Первым примером испытанного солнечного паруса-зеркала сейчас является проект «Знамя».
Сейчас тему солнечных зеркал планируют развивать в Китае.
Кроме освещения городов правда сейчас появляются и более разумные концепции.
Так недавно о планах использования зеркал заявляли ученые из Университета Глазго. По их плану лучи света от орбитальных зеркал стоит направлять на панели солнечных электростанций, чтобы те работали в режиме 24/7.
Проект с такой целью назвали Solspace, и он уже получил пятилетний грант в 2.75 миллиона долларов от Европейского совета по научным исследованиям (ERC).
Зеркала на орбите могут применяться не только для освещения Земли, но и для ускорения космических аппаратов.
Происходит это ускорение за счет давления фотонов света на отражающую поверхность, что в условиях вакуума может создать тягу для движения. Давление солнечного света невелико — всего 1 мг (тысячная доля грамма) на кв. м.
Проект исследующий эту теорию на практике называется LightSail-2.
Задача для паруса на спутнике состоит в том, чтобы за счет создаваемого солнечного импульса поднять изначальную орбиту аппарата. Для фиксации изменений орбиты на спутнике установлены угловые отражатели.
Характеристики мини-спутника скромные — вес 5 кг, а площадь раскрытого паруса 32 квадратных метра. Отражающая пленка имеет толщину всего 4.5 микрометра, и изготовлена из майлара (синтетическое полиэфирное волокно). Цель проекта кроме теста технологии состоит в том, чтобы в дальнейшем можно было бы использовать парус для поддержания орбиты кубсатов.
Все эти экзотические технологии как видим не очень хорошо работают на Земле, но это не значит что они бесполезны.
Далее, как и обещал — о Марсе. Если вы читали прошлую статью, то наверно могли задаться вопросом «а что же там на других колониях будет?» (несмотря на то что статья адаптирована под первое апреля, там далеко не все шутка).
Название отражает местоположение станции т. е. На геостационарной орбите над горой Олимп. Форма станции напоминает цветок, где окружность это «бублик» для создания искусственной гравитации, центр стыковочно-разгонный модуль, а края «лепестки» это зеркала отражающие свет на вершину горы Олимп. Будет еще ряд других функций.
Zevs (Зевс)
Как известно этот древнегреческий бог жил на вершине Олимпа, а значит и база по логике названия находится там же. Наверху этой марсианской горы давление атмосферы практически равно вакууму космоса (2% от давления атмосферы Марса). Пылевые бури там не страшны, а высота позволяет с меньшими потерями запускать на орбиту груз (космическая пушка или паровая ракета). Энергию же для базы можно получать от солнечных панелей, которые мало того что будут обеспечены удвоенной интенсивностью светового потока за счет зеркал от Olympus star, но на перспективу могут еще иметь круглосуточный режим работы при наличии на орбите дополнительных зеркал.
Концепция по эффективности может быть похожа на это.
APA (горы Arsia, Pavonis, Ascraeus. Сокращенно по первым буквам АРА)
Функции этой базы те же что и у двух предыдущих, но дополнительно она служит пунктом складирования и переброски грузов и людей с И.И.Ма на Zevs и Olympus star.
P.S. — Фактически получается что космическая пушка, паровой реактивный двигатель и орбитальные зеркала могут быть применены эффективно только за пределами Земли. Если конечно ученые по орбитальным зеркалам не догадаются об способе правильного применения технологии спутников-зеркал на орбите.
Автор: дима
