Sepanjang abad ke-20, penulis fiksi ilmiah banyak menulis dan berbakat tentang eksplorasi ruang angkasa. Para pahlawan "Chius" memberi umat manusia kekayaan Uranium Golconda, pilot Pirx bekerja sebagai kapten kapal kargo ruang angkasa, pengangkut kontainer pemimpin dan pengangkut curah berjalan mengelilingi tata surya, dan saya tidak berbicara tentang semua mistisisme perjalanan ke monolit misterius.
Namun, abad ke-21 tidak berjalan sesuai harapan. Umat manusia dengan malu-malu berdiri di lorong Kosmos, tidak keluar secara permanen di luar orbit bumi. Mengapa itu terjadi dan apa yang diharapkan bagi mereka yang ingin membaca berita tentang peningkatan hasil pohon apel Mars?
Tidak perlu pemain biola
Paradoks pertama yang kami temui adalah bahwa manusia bukanlah subjek yang paling cocok untuk eksplorasi ruang angkasa. Penulis fiksi ilmiah yang datang dengan ekspedisi luar angkasa hanya dapat mengandalkan pengalaman sejarah para pelopor Bumi - pelaut, penjelajah kutub, penerbang pertama. Sungguh, bagaimana penaklukan Mars berbeda dengan penaklukan Kutub Selatan?
Dan di sana-sini lingkungan tidak cocok untuk kehidupan tanpa persiapan awal, Anda perlu membawa perbekalan, dan Anda tidak dapat pergi keluar kapal atau rumah tanpa mengenakan peralatan khusus. Tetapi penulis fiksi ilmiah dan futuris tidak dapat memprediksi perkembangan elektronik dan robotika, dan peneliti robotika biasanya dijelaskan dengan cara yang anekdot:
“Saya harus berpaling dari surat itu selama setengah jam dan mendengarkan keluhan tetangga saya, cybernetist Shcherbakov. Anda mungkin tahu bahwa pabrik pemrosesan uranium dan transuranida bawah tanah yang megah sedang dibangun di sebelah utara peluncur roket. Orang bekerja enam shift. Robot - sepanjang waktu; mesin luar biasa, kata terakhir dalam sibernetika praktis. Tapi, seperti yang dikatakan orang Jepang, monyet juga jatuh dari pohon. Sekarang Shcherbakov mendatangi saya, marah seperti setan, dan berkata bahwa sekelompok idiot mekanik ini (kata-katanya sendiri) mencuri salah satu depot bijih besar malam ini, salah mengira itu, jelas, sebagai deposit yang luar biasa kaya. Robot-robot itu memiliki program yang berbeda, jadi pada pagi hari bagian dari gudang itu berakhir di gudang peluncur roket, sebagian - di pintu masuk ke departemen geologi, dan bagian dari itu umumnya tidak diketahui di mana. Pencarian berlanjut."
Video promosi:
Tetapi tidak ada penulis terkenal yang menduga bahwa robot dalam penjelajahan luar angkasa memiliki banyak keunggulan dibandingkan manusia:
Tidak seperti manusia, robot hanya membutuhkan tenaga dan keseimbangan termal. Tidak perlu membawa puluhan ton rumah kaca, makanan, air, oksigen, pakaian dan produk kebersihan, obat-obatan, dan barang lainnya bersama Anda.
Robot bisa dikirim satu arah, tanpa kembali.
Robot tersebut mampu bekerja selama bertahun-tahun. Pengalaman Voyagers, Mars rovers atau Cassini menunjukkan bahwa sekarang lebih tepat untuk berbicara bukan tentang tahun, tetapi dekade.
Robot tersebut mampu bekerja selama bertahun-tahun dalam kondisi yang berakibat fatal bagi manusia. Wahana Galileo menerima dosis 25 kali lebih tinggi dari dosis mematikan untuk manusia dan setelah itu bekerja di orbit selama 8 tahun.
Hasilnya, ternyata hanya robot dengan berat beberapa ton yang sesuai dengan kemampuan teknis manusia untuk mengirimnya ke planet lain dengan uang yang masuk akal dan menjadi satu-satunya cara untuk memuaskan keingintahuan ilmiah dan mendapatkan foto yang indah.
Kita hidup dalam kurva logistik
Kesalahan kedua penulis fiksi ilmiah adalah bahwa mereka meramalkan perkembangan astronotika linier atau bahkan eksponensial. Meskipun pada tahun 1838 fenomena seperti kurva logistik ditemukan. Apa binatang mengerikan ini? Ambil sejarah penerbangan sebagai contoh:
1900-an. Rak buku pertama yang canggung, rekor pertama - penerbangan beberapa kilometer dengan satu penumpang.
1910. Pramuka pertama, pesawat tempur, pembom, surat dan pesawat penumpang.
1920-1930-an. Menguasai penerbangan pada malam hari, penerbangan lintas benua pertama.
1940-an. Penerbangan adalah kekuatan militer dan transportasi yang serius.
1950-an. Mesin jet memberikan dorongan baru untuk pengembangan penerbangan - kecepatan, jangkauan dan ketinggian baru, dan bahkan lebih banyak penumpang.
1960-70-an. Pesawat penumpang supersonik dan berbadan lebar pertama, penerbangan lebih terjangkau.
1980-90-an. Pengereman. Pengembangan menjadi semakin mahal, perusahaan pengembangan bersatu menjadi perusahaan raksasa. Dan pesawat-pesawat itu semakin mirip satu sama lain.
2000-an. Membatasi. Kedua raksasa, Boeing dan Airbus, membuat mesin yang secara lahiriah identik, dan pesawat penumpang supersonik telah mati sama sekali.
Jika Anda menerjemahkan pencapaian tersebut menjadi angka, Anda mendapatkan gambaran berikut:
Dalam astronotika, situasinya persis sama:
Untuk kejelasan, grafik kurva-S dapat dilapisi dengan grafik biaya untuk mencapai tingkat ini:
Dan kesedihan dari "hari ini" kita adalah bahwa dalam astronotika dengan teknologi yang ada kita mendekati level saturasi. Secara teknis, Anda bisa terbang dalam versi berawak ke Bulan dan bahkan Mars, tapi sayang sekali untuk uang.
Masukan KC - Anda akan mendapatkan gravitasi
Aspek menyedihkan berikutnya, memperlambat lari ke luar angkasa, adalah bahwa sesuatu yang sangat berharga belum ditemukan, yang sangat berharga untuk mengeluarkan uang untuk eksplorasi luar angkasa di luar orbit Bumi. Harap dicatat bahwa ada banyak satelit komersial di orbit dekat bumi - komunikasi, TV dan Internet, meteorologi, dan kartografi. Dan mereka semua memiliki keuntungan moneter yang nyata. Dan apa gunanya misi berawak ke bulan? Berikut adalah daftar resmi dari hasil program bulan AS yang bernilai sekitar $ 170 miliar (harga tahun 2005):
Bulan bukanlah objek utama, ia adalah planet kebumian, dengan evolusi dan struktur internalnya, mirip dengan Bumi.
Bulan itu kuno dan menyimpan sejarah miliaran tahun pertama evolusi planet kebumian.
Batuan bulan termuda memiliki usia yang sama dengan batuan tertua di dunia. Jejak proses dan peristiwa paling awal yang mungkin telah memengaruhi Bulan dan Bumi kini hanya dapat ditemukan di Bulan.
Bulan dan Bumi secara genetik terkait dan terbentuk dari proporsi yang berbeda dari sekumpulan materi yang sama.
Bulan tidak bernyawa dan tidak mengandung organisme hidup atau bahan organik lokal.
Batuan bulan berasal dari proses suhu tinggi tanpa partisipasi air. Mereka diklasifikasikan menjadi tiga jenis: basal, anorthosites, dan breksi.
Dahulu kala, Bulan mencair dengan sangat dalam dan membentuk samudra magma. Pegunungan Bulan berisi sisa-sisa batuan awal dengan kepadatan rendah yang mengapung di permukaan laut ini.
Lautan magma terbentuk dari serangkaian hantaman asteroid besar yang membentuk genangan yang dipenuhi aliran lava.
Bulan agak asimetris, kemungkinan karena pengaruh Bumi.
Permukaan bulan ditutupi dengan pecahan batu dan debu. Ini disebut regolit bulan dan berisi sejarah radiasi unik Matahari, yang penting untuk memahami perubahan iklim di Bumi.
Ini semua sangat menarik (bukan lelucon), tetapi semua pengetahuan ini memiliki kelemahan yang tidak dapat diperbaiki - Anda tidak dapat menyebarkannya di atas roti, menuangkannya ke dalam tangki bensin atau membangun rumah darinya. Jika "elerium", "tiberium", atau shishdostanium tertentu ditemukan di ruang yang sangat luas, yang dapat digunakan sebagai:
Sumber energi yang hemat biaya.
Bagian integral dari produksi sesuatu yang berharga dan bermanfaat.
Makanan / obat / vitamin dengan kualitas yang pada dasarnya baru.
Barang mewah atau sumber kesenangan.
Jika ia juga tumbuh hanya di Mars atau di sabuk asteroid (dan tidak direproduksi di Bumi) dan hanya dapat ditambang oleh manusia (sehingga manusia yang licik tidak akan mengirim robot yang lebih murah dan lebih bersahaja), maka eksplorasi ruang angkasa berawaklah yang akan menerima insentif yang tak ternilai harganya. Dan tanpa kehadirannya, dalam skenario pesimis di tahun 2020-an, umat manusia mungkin kehilangan kehadiran permanen bahkan di orbit dekat bumi - dengan latar belakang pot kerjasama internasional yang dipukuli oleh politisi, pembayar pajak mungkin bertanya: "Mengapa kita membutuhkan stasiun baru setelah ISS?"
Kutukan rumus Tsiolkovsky
Ini dia, musuh kosmonautika:
Sini:
V adalah kecepatan akhir roket.
I - impuls spesifik mesin (berapa detik mesin pada 1 kilogram bahan bakar dapat menghasilkan daya dorong 1 Newton)
M1 adalah massa awal roket.
M2 adalah massa terakhir roket.
V untuk kasus tangki penuh akan menjadi margin kecepatan karakteristik, yaitu margin kecepatan yang dapat digunakan untuk mempercepat / memperlambat jika perlu. Ini juga disebut margin delta-V (delta berarti perubahan, yaitu margin untuk perubahan kecepatan).
Apa masalah yang terjadi di sini? Mari kita ambil peta perubahan kecepatan yang diperlukan untuk tata surya:
Bayangkan sekarang kita ingin terbang ke Mars dan kembali. Ini akan menjadi:
9400 m / s - mulai dari Bumi.
3210 m / s - meninggalkan orbit bumi.
1060 m / s - intersepsi Mars.
0 m / s - memasuki orbit rendah Mars (segitiga putih berarti kemungkinan pengereman terhadap atmosfer).
0 m / s - mendarat di Mars (kami memperlambat kecepatan di atmosfer).
3800 m / s - mulai dari Mars.
1440 m / s - percepatan dari orbit Mars.
1060 m / s - intersepsi bumi.
0 m / s - memasuki orbit Bumi yang rendah (kami memperlambat kecepatan terhadap atmosfer).
0 m / s - mendarat di Bumi (kami memperlambat kecepatan di atmosfer).
Hasilnya adalah angka yang indah, 19970 m / s, yang kita bulatkan menjadi 20.000 m / s. Biarkan roket kami ideal, dan volume bahan bakar tidak mempengaruhi massanya dengan cara apa pun (tangki, pipa tidak menimbang apa pun). Mari kita coba menghitung ketergantungan massa awal roket pada massa akhir dan impuls spesifik. Mengubah rumus Tsiolkovsky, kita dapatkan:
M1 = eV / I * M2
Mari gunakan paket matematika gratis Scilab. Kami mengambil massa akhir dalam kisaran 10-1000 ton, impuls spesifik akan bervariasi dari 2000 m / s (mesin kimia pada hidrazin) hingga 200.000 m / s (perkiraan teoretis dari impuls maksimum mesin penggerak listrik untuk hari ini). Saya harus segera mengatakan bahwa untuk massa maksimum dan impuls minimum akan ada nilai yang sangat besar (22 juta ton), jadi skala tampilan akan menjadi logaritmik.
[m2 I] = meshgrid (10: 50: 1000,2000: 5000: 200000);
m1 = log (exp (20000 * I. ^ - 1). * m2);
selancar (m2, I, m1)
Grafik yang indah ini, pada kenyataannya, merupakan hasil visual untuk mesin kimia. Ini bukan berita baru - pada mesin kimia, seperti yang diperlihatkan oleh praktik dengan sempurna, Anda biasanya dapat meluncurkan probe kecil, tetapi bahkan terbang ke bulan dengan awak sudah agak sulit.
Mari meringankan kondisi kita. Pertama, mari kita asumsikan bahwa kita mulai dari orbit Bumi, dan bukannya 20 km / s kita perlu 10. Kedua, kita memotong "ekor" mesin kimia yang tidak efisien, menetapkan nilai minimum I menjadi 4400 m / s (AI dari mesin hidrogen Pesawat Ulang-alik RS-25):
[m2 I] = meshgrid (10: 50: 1000,4400: 5000: 200000);
m1 = log (exp (10000 * I. ^ - 1). * m2);
selancar (m2, I, m1)
Skala logaritmik:
Skala linear:
Kami akan menyerah sepenuhnya dari mesin kimia. Mesin nuklir NERVA memiliki AI 9000 detik. Mari kita hitung ulang:
[m2 I] = kisi-kisi (10: 50: 1000,9000: 5000: 200000);
m1 = exp (10000 * I. ^ - 1). * m2;
selancar (m2, I, m1)
Skala linear:
Mengapa saya mengulangi grafik monoton ini? Faktanya adalah bahwa daerah datar yang ditetapkan sebagai "alasan untuk optimisme" menunjukkan bahwa ketika mesin dengan AI lebih dari 50.000 m / s muncul, maka akan menjadi mungkin untuk terbang lebih atau kurang dengan toleransi tanpa kapal dengan massa awal jutaan ton di dalam tata surya. Dan mesin penggerak listrik, yang sudah ada, memiliki ID 25000-30000 m / s (misalnya, SPD 2300).
Namun, perlu dipahami bahwa alasan optimisme sangat terkendali. Pertama, ribuan ton ini harus dikirim ke orbit Bumi (yang sangat sulit). Kedua, mesin penggerak listrik yang ada memiliki daya dorong kecil, dan untuk berakselerasi dengan akselerasi yang sesuai, perlu dipasang reaktor multi-megawatt.
Mari buat grafik menarik lainnya. Beri tahu kami massa terakhir - 1000 ton. Mari kita membangun ketergantungan massa awal pada impuls spesifik dan kecepatan akhir:
[VI] = kisi-kisi (10000: 2000: 100000,50000: 5000: 200000);
m1 = exp (V. * (I. ^ - 1)) * 1000;
berselancar (V, I, m1)
Grafik ini menarik karena, dalam arti tertentu, melihat ke masa depan umat manusia yang lebih jauh. Jika kita menginginkan penerbangan yang nyaman dan cepat melintasi tata surya, maka kita harus menempuh satu tingkat yang lebih tinggi dalam menguasai impuls spesifik - kita memerlukan mesin dengan ID beberapa ratus ribu meter per detik.
Tidak ada ikan di sini
Kemanusiaan dibedakan oleh kelicikan dan kecerdikan. Oleh karena itu, banyak ide telah ditemukan untuk memfasilitasi akses ke ruang. Salah satu parameter terpenting yang mencirikan penghalang yang ingin kita lompati adalah biaya untuk menempatkan satu kilogram ke orbit. Sekarang, menurut berbagai perkiraan (kolom ini telah dihapus dari Wiki, di sini, misalnya, sumber lain) untuk berbagai kendaraan peluncuran, harga ini berada pada kisaran $ 4000- $ 13000 per kilogram untuk orbit Bumi yang rendah. Apa yang Anda coba pikirkan untuk membuatnya lebih mudah, lebih mudah dan lebih murah untuk setidaknya masuk ke orbit dekat bumi?
Sistem yang dapat digunakan kembali. Secara historis, ide ini pernah gagal sekali dalam program Pesawat Ulang-alik. Sekarang Elon Musk melakukan ini, berencana menanam tahap pertama. Saya ingin mendoakannya setiap sukses, tetapi berdasarkan kegagalan di masa lalu, saya tidak berpikir ini akan menjadi terobosan kualitatif. Dalam kasus terbaik, biayanya akan turun beberapa persen.
Satu Tahap ke Orbit. Dia tidak melampaui proyek, meskipun telah berulang kali mencoba.
Mulai udara. Ada proyek yang berhasil untuk muatan kecil, tetapi tidak berskala untuk muatan berat.
Peluncuran luar angkasa tanpa roket. Banyak proyek telah ditemukan, tetapi semuanya memiliki cacat fatal - diperlukan investasi astronomi, yang tidak dapat "direbut kembali" tanpa penyelesaian lengkap proyek tersebut. Sampai elevator luar angkasa, air mancur, atau penggerak massal sepenuhnya dibangun dan diluncurkan, tidak ada keuntungan darinya.
Daripada hati akan tenang
Bagaimana Anda bisa ceria setelah refleksi sedih ini? Saya memiliki dua argumen - satu abstrak dan mendasar, yang lain lebih spesifik.
Pertama, kemajuan secara keseluruhan bukanlah satu kurva-S, tetapi banyak di antaranya, yang membentuk gambaran optimis seperti itu:
Dalam sejarah penerbangan bisa dibedakan, misalnya:
Dan, yang pasti, kami berdiri di titik yang sama dalam perkembangan kosmonautika. Ya, sekarang ada beberapa stagnasi, dan bahkan kemunduran dimungkinkan, tetapi umat manusia, dengan kepala perwakilan terbaiknya, menerobos dinding pengetahuan, dan di suatu tempat, belum diperhatikan, tunas masa depan baru sedang menerobos.
Argumen kedua adalah berita tentang pengembangan reaktor nuklir untuk modul transportasi dan energi, yang tidak diragukan lagi:
Berita terbaru tentang proyek ini terjadi di musim panas - TVEL pertama dipasang. Pekerjaan, meskipun tanpa publisitas reguler, jelas sedang berlangsung, dan orang dapat berharap untuk kemunculan di tahun-tahun mendatang dari peralatan yang fundamental baru - kapal tunda nuklir dengan mesin penggerak listrik.
P. S
Ini adalah pikiran yang agak tidak terawat, sebut saja mereka iterasi pertama. Saya ingin mendapatkan umpan balik - mungkin saya melewatkan sesuatu atau salah mendefinisikan pentingnya fenomena tersebut. Siapa tahu, mungkin setelah memproses umpan balik, Anda akan mendapatkan konsep yang lebih koheren atau menghasilkan sesuatu yang menarik?
Avor: lozga
