Почему мы в космос в отпуск не летаем
- четверг, 14 августа 2014 г. в 03:11:03
http://habrahabr.ru/post/233119/
Довелось тут полетать на ветеранах отечественного гражданского самолетостроения: Як-42 и Ту-154, и глядя на оборванные полосы герметизирующих прокладок, обшарпанную краску на фюзеляже, и проносящиеся под трясущимся крылом облака, размышлял о космосе. А именно, над вопросом: почему до сих пор наши корабли не бороздят открытый космос, нет рейсов «Москва-Луна», и почему никто не торопится к Юпитеру в поисках инопланетного Обелиска?
Кому-то в это сложно поверить, но земные технологии давным давно достигли уровня, который может обеспечить, как минимум массовые перелеты к Луне и обратно. Можно и до Марса слетать, если с погодой повезет. В действительности, современные самолеты во многом не уступают космическим кораблям, а в чем-то и превосходят.
В чем разница?
Перепад давления в условиях обычного пассажирского перелета, не так силен, как в условиях космического полета, но корпусу самолета за время эксплуатации приходится переживать перепады сотни раз, в отличие от космического корабля, если это не Шаттл/Буран. На высоте 10 км атмосферное давление составляет ⅓ от поверхности, т.е. разница давления, которую выдерживает самолет и космический корабль на орбите — это всего треть атмосферы.
Одна атмосфера много это или мало? К примеру, можно на себе ощутить, что такое две атмосферы погрузившись в воду на 10 метров. Такое погружение по плечу просто тренированному человеку без какого-либо снаряжения, а спортсмены вообще ныряют на 100 и более метров, что уж говорить про возможности атомных подводных лодок или батискафов. К примеру, рекордный батискаф «Триест» в 1960-м году успешно выдержал почти 1100 атмосфер, что более чем в одиннадцать раз превышает давление на поверхности Венеры.
В 1985 году подводная лодка "Комсомолец" поставила рекорд погружения до 1027 м, т.е. выдержала 100 атмосфер, что равноценно посадке на Венеру. Нормальной глубиной погружения современных атомных подводных лодок является 300 метров, что, опять-таки в 30 раз превышает нагрузки на космический корабль.
Другое дело, что при старте с Земли на орбиту, корабль выдерживает гораздо более тяжелые перегрузки из-за высокого ускорения, поэтому ЯК-42 вряд ли долетит до космоса, если его просто прикрутить к ракете. Но если использовать традиционные корабли для полета на орбиту, а легкий носитель на маршруте «Земная орбита-Луна», то задача упрощается.
Космический холод тоже не так опасен, как может показаться. Я об этом однажды рассказывал и повторюсь. Вот перед нами график показаний термометра околоземного спутника TechedSat 2. Показания в градусах Цельсия:
Как видим никаких ужасов с «минус сто» или «абсолютный ноль».
Космический корабль замерзает только когда находится в тени, но если мы говорим о межпланетных перелетах, то в полете тень найти будет сложно. Хотя на поверхности Луны придется утепляться… Или строить Луна-парки на пиках вечного света. По мере удаления от Солнца, будет становиться холоднее, но в масштабах Солнечной системы Марс не так далеко, а в дорогу к Юпитеру уже придется с собой прихватить печку.
Проблема термоизоляции самолета сложнее. Вакуум — это отличный термос, а самолет постоянно охлаждается набегающим потоком воздуха. Подлодке еще хуже: теплоемкость воды намного выше, правда вода не бывает холоднее -1 по Цельсию. На борту же космического корабля или станции постоянно работает масса агрегатов, которые нагревают внутреннюю среду. Поэтому для космического корабля, зачастую, актуальнее охлаждение, а не обогрев. Ветра в космосе нет, вентиляторы за бортом тоже бесполезны, поэтому приходиться сбрасывать тепло только через инфракрасное излучение. Можно взглянуть на огромные радиаторы Международной космической станции. Их можно спутать с солнечными батареями, но их отличие в том, что радиаторы всегда расположены в перпендикулярной плоскости к батареям.
Система поддержания теплового режима — это важная составляющая космического аппарата, о которой мы еще поговорим отдельно.
Опасность радиации в космосе тоже серьезно переоценена. До сих пор по интернету ходят мифы будто полет на Луну невозможен из-за губительного воздействия космической радиации. Экипаж МКС, по мнению сторонников этого мифа, живет только благодаря магнитному полю Земли.
В действительности, магнитное поле Земли обеспечивает лишь частичную защиту от космической радиации, и не способно противостоять высокоэнергетическим межзвездным и межгалактическим частицам. Реальной преградой для космической радиации является только земная атмосфера, и чем ближе к земле тем лучше. Поэтому я бы не рекомендовал загорать на высокогорных курортах или хотя бы делать это в алюминиевых трусах.
Для пилотов в открытом космосе воздействие космической радиации примерно в два раза интенсивнее чем на высоте полета МКС, но не из-за того, что станция летит под прикрытием магнитного поля, а потому, что ее прикрывает сама Земля. Т.е. космические частицы бомбардируют околоземную станцию только «сверху», а на межпланетных траекториях путешественникам достанется со всех сторон.
Даже тончайшая атмосфера Марса сокращает радиационное воздействие вдвое, в отличие от условий на орбите. Таким образом на поверхности Марса радиационный фон, как на борту МКС. Это при том, что магнитного поля у планеты нет вообще. Соответственно, в открытом космосе у Марса, в спокойную солнечную погоду, радиация всего в два раза выше чем на МКС.
Тем не менее, после исследования радиационных условий во время полета марсохода Curiosity, NASA пришло к выводу, что полет на Марс слишком опасен для людей из-за превышения суммарно накопленной дозы. Но превышение это всего в полтора раза, и только при условии, что путь в одну сторону займет 360 суток. Если же предусмотреть более эффективные двигатели для перелета к Марсу, и сократить время полета хотя бы вдвое, то радиационная угроза уже укладывается в пределы допустимого.
Единственное, что представляет реальную радиационную опасность для космонавтов — это солнечные вспышки и солнечные протонные события. Тут, конечно потребуется серьезная защита, но над ней сейчас уже работают. Хотя даже корпус космического корабля способен обеспечить существенную защиту пилотам.
Вот график сравнивающий интенсивность радиационного воздействия на спутник NASA ACE (красная линия), который располагается на расстоянии 1,5 млн км от Земли в сторону Солнца, с показаниями датчика RAD на борту марсохода Curiosity (белые точки), который на момент наблюдений находится внутри спускаемой капсулы на перелетной траектории.
Видна прямая корреляция показаний, но «голый» АСЕ получает облучение в несколько порядков больше. Если же для обитаемого отсека пилотов и пассажиров применить более сложную схему защиты, то воздействие солнечного излучения будет еще слабее. Самый простой вариант — экранироваться слоем воды или топлива, все равно их с собой придется брать немало. К тому же вероятность попадания солнечной вспышки в корабль довольно низка — такое случается раз от месяца до полугода, если ориентироваться на результаты Curiosity. Т.е. отправляясь в недельный тур на Луну, достаточно свериться с прогнозом солнечной погоды, не нагружаясь тяжелой радиационной защитой.
Радиационные пояса, которые формируются вокруг Земли под действием магнитного поля планеты, тоже представляют опасность только в условиях солнечной вспышки. В такие моменты интенсивность частиц в них возрастает в тысячи раз. Но в спокойное время их можно относительно безопасно преодолевать коротким путем, по следам «Аполлонов».
В своем обзоре я не пытаюсь доказать, что путешествия на другие планеты это легко и просто. Космический корабль сложнее чем самолет или подводная лодка, он должен работать в абсолютно враждебной среде, из него не выпрыгнешь с парашютом, не выплывешь на поверхность с дыхательной маской. Многочисленные приборы жизнеобеспечения приходится дублировать и троировать, а потом еще умудриться уместить их в крайне ограниченный объем и сделать их максимально легкими. Поэтому космический корабль до сих пор — фактически штучная ручная работа, а разработка нового — долгое и сложное дело.
Блог космонавта-испытателя корабля ПТК НП
Но при этом человечество успело создать колоссальную авиационную индустрию, к примеру одних только Boeing-747 с 1969 года произведено почти 1500 штук. А во время Холодной войнушки две державы мерились сотнями (!) подводных лодок. Да что там авиация и флот, с нынешней техникой, какая-нибудь Bentley или Maybach по техническому совершенству не уступит космическому кораблю. Поэтому технологически сейчас нет никаких препятствий настрогать пару десятков космолайнеров «Земля-Луна», пяток «Земля-Марс» и один отправить к Юпитеру, с тетрисом вместо бортового компьютера.
Почему же их до сих пор нет?
Кому-то может показаться, что дело в высокой стоимости космической программы. Но, к примеру, за разработку космического корабля CST-100 NASA заплатило Boeing примерно в два раза меньше того, что ушло на разработку самолета Sukhoi Superjet 100. А все расходы США на гражданский космос с 1958 года по 2011-й не превысили военный бюджет за 2011 год.
Причина неразвитости космической пассажирской индустрии лежит в низкой заинтересованности людей в таких полетах. Гражданская авиация развилась в значительной степени благодаря тесным экономическим связям США и Европы. За быстрое пересечение Атлантики долгое время боролись мореплаватели, и эстафету у них приняла авиация. Развитие науки, техники и авиапромышленности шло в ответ на коммерческий спрос.
Иными словами, на авиабилеты, подводные лодки и майбахи есть покупатели. На Луну и Марс покупателей нет. Там нет луна-парков, нет нефтяных полей и золоторудных карьеров, нет фондовых бирж, нет враждебных лунатиков/марсиан под звездно-полосатым серпом и молотом… Вот и получается, земляне давно могут полететь, но нет никого, кто хотел бы оплатить индустрию космоперевозок. Точнее есть, но их число и платежеспособность пока ничтожно.
Для развития пилотируемой космонавтики, начала регулярного космического сообщения, развития межпланетной экономики и бизнеса, человечеству нужен форпост в ином мире. Будет ли он на Луне или Марсе, не так важно, но пока его нет, мы так и будем болтаться у поверхности Земли, который раз пересказывая советскую доктрину об «исследовании Солнечной системы автоматами», родившуюся после поражения в лунной гонке.
Довелось тут полетать на ветеранах отечественного гражданского самолетостроения: Як-42 и Ту-154, и глядя на оборванные полосы герметизирующих прокладок, обшарпанную краску на фюзеляже, и проносящиеся под трясущимся крылом облака, размышлял о космосе. А именно, над вопросом: почему до сих пор наши корабли не бороздят открытый космос, нет рейсов «Москва-Луна», и почему никто не торопится к Юпитеру в поисках инопланетного Обелиска?
Кому-то в это сложно поверить, но земные технологии давным давно достигли уровня, который может обеспечить, как минимум массовые перелеты к Луне и обратно. Можно и до Марса слетать, если с погодой повезет. В действительности, современные самолеты во многом не уступают космическим кораблям, а в чем-то и превосходят.
В чем разница?
Перепад давления в условиях обычного пассажирского перелета, не так силен, как в условиях космического полета, но корпусу самолета за время эксплуатации приходится переживать перепады сотни раз, в отличие от космического корабля, если это не Шаттл/Буран. На высоте 10 км атмосферное давление составляет ⅓ от поверхности, т.е. разница давления, которую выдерживает самолет и космический корабль на орбите — это всего треть атмосферы.
Одна атмосфера много это или мало? К примеру, можно на себе ощутить, что такое две атмосферы погрузившись в воду на 10 метров. Такое погружение по плечу просто тренированному человеку без какого-либо снаряжения, а спортсмены вообще ныряют на 100 и более метров, что уж говорить про возможности атомных подводных лодок или батискафов. К примеру, рекордный батискаф «Триест» в 1960-м году успешно выдержал почти 1100 атмосфер, что более чем в одиннадцать раз превышает давление на поверхности Венеры.
В 1985 году подводная лодка "Комсомолец" поставила рекорд погружения до 1027 м, т.е. выдержала 100 атмосфер, что равноценно посадке на Венеру. Нормальной глубиной погружения современных атомных подводных лодок является 300 метров, что, опять-таки в 30 раз превышает нагрузки на космический корабль.
Другое дело, что при старте с Земли на орбиту, корабль выдерживает гораздо более тяжелые перегрузки из-за высокого ускорения, поэтому ЯК-42 вряд ли долетит до космоса, если его просто прикрутить к ракете. Но если использовать традиционные корабли для полета на орбиту, а легкий носитель на маршруте «Земная орбита-Луна», то задача упрощается.
Космический холод тоже не так опасен, как может показаться. Я об этом однажды рассказывал и повторюсь. Вот перед нами график показаний термометра околоземного спутника TechedSat 2. Показания в градусах Цельсия:
Как видим никаких ужасов с «минус сто» или «абсолютный ноль».
Космический корабль замерзает только когда находится в тени, но если мы говорим о межпланетных перелетах, то в полете тень найти будет сложно. Хотя на поверхности Луны придется утепляться… Или строить Луна-парки на пиках вечного света. По мере удаления от Солнца, будет становиться холоднее, но в масштабах Солнечной системы Марс не так далеко, а в дорогу к Юпитеру уже придется с собой прихватить печку.
Проблема термоизоляции самолета сложнее. Вакуум — это отличный термос, а самолет постоянно охлаждается набегающим потоком воздуха. Подлодке еще хуже: теплоемкость воды намного выше, правда вода не бывает холоднее -1 по Цельсию. На борту же космического корабля или станции постоянно работает масса агрегатов, которые нагревают внутреннюю среду. Поэтому для космического корабля, зачастую, актуальнее охлаждение, а не обогрев. Ветра в космосе нет, вентиляторы за бортом тоже бесполезны, поэтому приходиться сбрасывать тепло только через инфракрасное излучение. Можно взглянуть на огромные радиаторы Международной космической станции. Их можно спутать с солнечными батареями, но их отличие в том, что радиаторы всегда расположены в перпендикулярной плоскости к батареям.
Система поддержания теплового режима — это важная составляющая космического аппарата, о которой мы еще поговорим отдельно.
Опасность радиации в космосе тоже серьезно переоценена. До сих пор по интернету ходят мифы будто полет на Луну невозможен из-за губительного воздействия космической радиации. Экипаж МКС, по мнению сторонников этого мифа, живет только благодаря магнитному полю Земли.
В действительности, магнитное поле Земли обеспечивает лишь частичную защиту от космической радиации, и не способно противостоять высокоэнергетическим межзвездным и межгалактическим частицам. Реальной преградой для космической радиации является только земная атмосфера, и чем ближе к земле тем лучше. Поэтому я бы не рекомендовал загорать на высокогорных курортах или хотя бы делать это в алюминиевых трусах.
Для пилотов в открытом космосе воздействие космической радиации примерно в два раза интенсивнее чем на высоте полета МКС, но не из-за того, что станция летит под прикрытием магнитного поля, а потому, что ее прикрывает сама Земля. Т.е. космические частицы бомбардируют околоземную станцию только «сверху», а на межпланетных траекториях путешественникам достанется со всех сторон.
Даже тончайшая атмосфера Марса сокращает радиационное воздействие вдвое, в отличие от условий на орбите. Таким образом на поверхности Марса радиационный фон, как на борту МКС. Это при том, что магнитного поля у планеты нет вообще. Соответственно, в открытом космосе у Марса, в спокойную солнечную погоду, радиация всего в два раза выше чем на МКС.
Тем не менее, после исследования радиационных условий во время полета марсохода Curiosity, NASA пришло к выводу, что полет на Марс слишком опасен для людей из-за превышения суммарно накопленной дозы. Но превышение это всего в полтора раза, и только при условии, что путь в одну сторону займет 360 суток. Если же предусмотреть более эффективные двигатели для перелета к Марсу, и сократить время полета хотя бы вдвое, то радиационная угроза уже укладывается в пределы допустимого.
Единственное, что представляет реальную радиационную опасность для космонавтов — это солнечные вспышки и солнечные протонные события. Тут, конечно потребуется серьезная защита, но над ней сейчас уже работают. Хотя даже корпус космического корабля способен обеспечить существенную защиту пилотам.
Вот график сравнивающий интенсивность радиационного воздействия на спутник NASA ACE (красная линия), который располагается на расстоянии 1,5 млн км от Земли в сторону Солнца, с показаниями датчика RAD на борту марсохода Curiosity (белые точки), который на момент наблюдений находится внутри спускаемой капсулы на перелетной траектории.
Видна прямая корреляция показаний, но «голый» АСЕ получает облучение в несколько порядков больше. Если же для обитаемого отсека пилотов и пассажиров применить более сложную схему защиты, то воздействие солнечного излучения будет еще слабее. Самый простой вариант — экранироваться слоем воды или топлива, все равно их с собой придется брать немало. К тому же вероятность попадания солнечной вспышки в корабль довольно низка — такое случается раз от месяца до полугода, если ориентироваться на результаты Curiosity. Т.е. отправляясь в недельный тур на Луну, достаточно свериться с прогнозом солнечной погоды, не нагружаясь тяжелой радиационной защитой.
Радиационные пояса, которые формируются вокруг Земли под действием магнитного поля планеты, тоже представляют опасность только в условиях солнечной вспышки. В такие моменты интенсивность частиц в них возрастает в тысячи раз. Но в спокойное время их можно относительно безопасно преодолевать коротким путем, по следам «Аполлонов».
В своем обзоре я не пытаюсь доказать, что путешествия на другие планеты это легко и просто. Космический корабль сложнее чем самолет или подводная лодка, он должен работать в абсолютно враждебной среде, из него не выпрыгнешь с парашютом, не выплывешь на поверхность с дыхательной маской. Многочисленные приборы жизнеобеспечения приходится дублировать и троировать, а потом еще умудриться уместить их в крайне ограниченный объем и сделать их максимально легкими. Поэтому космический корабль до сих пор — фактически штучная ручная работа, а разработка нового — долгое и сложное дело.
Блог космонавта-испытателя корабля ПТК НП
Но при этом человечество успело создать колоссальную авиационную индустрию, к примеру одних только Boeing-747 с 1969 года произведено почти 1500 штук. А во время Холодной войнушки две державы мерились сотнями (!) подводных лодок. Да что там авиация и флот, с нынешней техникой, какая-нибудь Bentley или Maybach по техническому совершенству не уступит космическому кораблю. Поэтому технологически сейчас нет никаких препятствий настрогать пару десятков космолайнеров «Земля-Луна», пяток «Земля-Марс» и один отправить к Юпитеру, с тетрисом вместо бортового компьютера.
Почему же их до сих пор нет?
Кому-то может показаться, что дело в высокой стоимости космической программы. Но, к примеру, за разработку космического корабля CST-100 NASA заплатило Boeing примерно в два раза меньше того, что ушло на разработку самолета Sukhoi Superjet 100. А все расходы США на гражданский космос с 1958 года по 2011-й не превысили военный бюджет за 2011 год.
Причина неразвитости космической пассажирской индустрии лежит в низкой заинтересованности людей в таких полетах. Гражданская авиация развилась в значительной степени благодаря тесным экономическим связям США и Европы. За быстрое пересечение Атлантики долгое время боролись мореплаватели, и эстафету у них приняла авиация. Развитие науки, техники и авиапромышленности шло в ответ на коммерческий спрос.
Иными словами, на авиабилеты, подводные лодки и майбахи есть покупатели. На Луну и Марс покупателей нет. Там нет луна-парков, нет нефтяных полей и золоторудных карьеров, нет фондовых бирж, нет враждебных лунатиков/марсиан под звездно-полосатым серпом и молотом… Вот и получается, земляне давно могут полететь, но нет никого, кто хотел бы оплатить индустрию космоперевозок. Точнее есть, но их число и платежеспособность пока ничтожно.
Для развития пилотируемой космонавтики, начала регулярного космического сообщения, развития межпланетной экономики и бизнеса, человечеству нужен форпост в ином мире. Будет ли он на Луне или Марсе, не так важно, но пока его нет, мы так и будем болтаться у поверхности Земли, который раз пересказывая советскую доктрину об «исследовании Солнечной системы автоматами», родившуюся после поражения в лунной гонке.