База на Сатурне

Что может быть следующей целью человечества после полетов людей к астероидам и Марсу? Возможно, Сатурн.
Характеристическая скорость необходимая для экспедиции к Сатурну по параболической траектории даже меньше чем для такой же экспедиции к Марсу, сказывается более мощное гравитационное поле планеты. Для выхода на орбиту вокруг Сатурна нужен меньший тормозной импульс (при параболических перелетах). Кроме того, для торможения корабля может быть использована мощная, состоящая из водорода (93%) и гелия (7%), атмосфера Сатурна. Правда время экспедиции увеличивается до 6 лет вместо 152 суток для Марса, но его можно сократить увеличением скорости при использовании высокоэффективных двигателей.
Температура в атмосфере Сатурна - минус180 градусов С. Ускорение силы тяжести за вычетом центробежного - на экваторе 0,18g, близко к земному ускорению – 1,16g. Эти обстоятельства позволяют в будущем создать на Сатурне обитаемую базу для его изучения и добычи гелия-3 - топлива термоядерной энергетики завтрашнего дня. Такая база может дрейфовать на высоте где давление равно 1атм удерживаемая баллонами, наполненными нагретыми газами атмосферы Сатурна (типа шаров Монгольфьера). При нагреве газа до температуры +20С (за счет тепла ядерной энергетической установки) плотность его уменьшается по сравнению с –180С более чем в три раза, подъемная сила 1куб. м баллона составит чуть более 0,2кг. Три шарообразных баллона диаметром по 150м дадут аэростатическую подъемную силу более 1000 тонн. Внутри шаров может быть размещено оборудование в гелиево-водородной атмосфере при комнатной температуре. Термоядерные энергетические установки как самые тяжелые элементы базы подвешиваются на длинных фермах внизу шаров. Преимуществом базы в атмосфере по сравнению с орбитальной базой является то, что нет проблем с охлаждением энергетических установок - вокруг море холода. Отсутствие космической радиации поглощаемой атмосферой так же преимущество базы на Сатурне. Добавляя постепенно модули с шарами-баллонами и ядерными реакторами можно создавать целые «летающие острова» на Сатурне. В качестве конструкционного материала для наружных работ можно использовать обыкновенную воду – лед при температуре минус 180С прочнее стали. Люди на наружной поверхности базы могут работать при нормальном давлении в кислородных масках и теплоизолирующих костюмах с подогревом без громоздких вакуумных космических скафандров. Сверху на шарах – платформа для взлета и посадки космических транспортных кораблей с импульсными термоядерными двигателями. Топливо добывается из атмосферы Сатурна. Гелий-3 на Сатурне находится в газообразном состоянии в отличие от Луны, что облегчает его добычу – не нужно перелопачивать горы лунного грунта.

Одна проблема - если я не ошибаюсь, ХС для отлета с Сатурна - 57 км/с. Т.е. пока у нас не будет кораблей с ХС в сотни км/с - говорить не очем. А вообще, думаеться еще на порядок больше надо, тысячи км/с, а узначит УИ как минимум 10000 км/с. а минимум - 1000 км/с, это для более-менее разумных затрат для таких разработок.

Напомню что на существующих техологиях и 100 км/с практически невозможно получить, а взлететь с Сатурна вообще невозможно.

Вообщем очевидно куда сейчас тема загнеться

S.I.>Что может быть следующей целью человечества после полетов людей к астероидам и Марсу? Возможно, Сатурн.
Скорее Меркурий. Хотя, если полеты к Марсу закончатся лишь флаговтыкательством, скорее всего, в космос будут летать исключительно автоматы.

Для флаговтыкательства ещё нужно постараться. В соседнем топике рассказывается трагическая история про НАСА и шаттлы, почитайте. Не думаю я что они настолько же живучи, как советская космонавтика

Мдя... Еще вопросики возникают. Какая сила тяжести будет на станции, подвешанной в предлагаемой точке? Что-то говорит мне что больше единицы..
Кроме того - сколько там скорость ветра в атмосфере Сатурна дистигает? И как там насчет перепадов давления (воздушные ямы)? Хотя с ними как-раз можно бороться. А, ну и собственная радиация Сатурна.
О, и вдогонку - как измерять "высоту"? Интуиция говорит мне, что радиометрические методы не годяться.

Tico>Какая сила тяжести будет на станции, подвешанной в предлагаемой точке? Что-то говорит мне что больше единицы..

Дык вон выше написанно - 1,16 g

Tico>Кроме того - сколько там скорость ветра в атмосфере Сатурна дистигает?

А какая разница? Думаете оболочку может порвать? Впрочем осталось уже меньше двух лет до начала великой разгадки

Tico>А, ну и собственная радиация Сатурна.

Радиационные пояса? Так их в атмосфере, тем более на экваторе нету.

Tico>и вдогонку - как измерять "высоту"? Интуиция говорит мне, что радиометрические методы не годяться.

Годятся барометрические. Шкала высот просто не в километрах, а в мегапаскалях грубо говоря.

S.I.> В качестве конструкционного материала для наружных работ можно использовать обыкновенную воду – лед при температуре минус 180С прочнее стали.

Позвольте не поверить. На сжатие - наверно, а вот на изгиб, на растяжение... Сталь и то охрупчивается при криогенных температурах, не вся, правда.

Справочку, откуда Ваша информация про лед, не дадите?

Почему следующая цель Сатурн, а не Меркурий? Там есть гелий-3 в газообразном виде. Тяжелые металлы платиновой группы проще добывать на астероидах чем на Меркурии – такие прожекты уже есть.
Скорость освобождения для Сатурна =36,23км/с. ХС всей экспедиции при старте с околоземной орбиты =52,6км/сек (см «Механика космического полета» Левантовского, Таб.14), при старте с поверхности Земли получается 62км/сек.
Как тут уже поняли без импульсного ядерного двигателя на дейтерии и гелии-3 не обойтись – но об этом больше ни слова.
Известно девять кристаллических модификаций водного льда и одна аморфная (плотность 2-2,5(!) свойства не изучены) возникающих при различных температурах и давлениях, например лед-VII плавится при температуре +200С, по твердости превосходит сталь, устойчиво существует при температуре ниже –170С (подробнее см. статью «Обыкновенный материал с необыкновенными свойствами» членкор. РАН Котлякова в журнале «Земля и вселенная» №3 за 1991г). Интуитивно понятно что материал при температуре возле точки плавления (а на Земле лед существует именно вблизи точки плавления) имеет низкую прочность – это справедливо для любых материалов, при снижении температуры прочность должна возрастать.

Может, когда-нибудь, в отдаленном будущем и окажется целесообразной добыча чего-нибудь на Сатурне. Но создавать ради этого "базу"? Отказ энергоустановки и платформа "пойдет на дно". А обеспечение пожаровзрывобезопасности? Если собираетесь "тащить" кислород в водородную атмосферу, без проблем не обойтись.

Нет, если делать базу в околосатурновом пространстве, то лучшего кандидата, чем Титан, не найти.

Правда, энергоустановку все равно придется делать ядреную...

Но зато у нас там будет все, что захотим - и атмосфера, и вода. Правда, непонятно, есть ли на Титане какие-нибудь минеральные ресурсы, более привлекательные, чем, скажем оксиды кремния и алюминия...

>Serg Ivanov Для выхода на орбиту вокруг Сатурна нужен меньший тормозной импульс (при параболических перелетах). Кроме того, для торможения корабля может быть использована мощная, состоящая из водорода (93%) и гелия (7%), атмосфера Сатурна.

Вторая космическая для Сатурна ~36 км/с. Т.е. тело, летящее по инерции, будет тормозить на скорости минимум 36 км/с об очень "жесткую" атмосферу? Учитывая, что масса Сатурна велика, градиент плотности его атмосферы высок, значит немного "промазав" при выходе на аэродинамическое торможение КК либо пройдет не ощущая серьёзного сопротивления, либо долбанется об атмосферу так, что останутся только воспоминания. Это же не Марс его "пуховой" газовой оболочкой, высокая плотность - это минус.


>Serg Ivanov Правда время экспедиции увеличивается до 6 лет вместо 152 суток для Марса, но его можно сократить увеличением скорости при использовании высокоэффективных двигателей.

Вы сами себе не противоречите? Увеличив скорость, на Сатурн вы выйдите уже по другой траектории. И скорость встречи с его "бетонной" атмосферой будет значительно повыше. Не так ли? Значит придется тормозить движками


>Serg Ivanov Тяжелые металлы платиновой группы проще добывать на астероидах чем на Меркурии – такие прожекты уже есть.

Вы не пробовали собирать мед не в улье, а ловить пчел на подлете и отбирать у них нектар?

---

Shirson>Вторая космическая для Сатурна ~36 км/с. Т.е. тело, летящее по инерции, будет тормозить на скорости минимум 36 км/с об очень "жесткую" атмосферу? Учитывая, что масса Сатурна велика, градиент плотности его атмосферы высок, значит немного "промазав" при выходе на аэродинамическое торможение КК либо пройдет не ощущая серьёзного сопротивления, либо долбанется об атмосферу так, что останутся только воспоминания. Это же не Марс его "пуховой" газовой оболочкой, высокая плотность - это минус.

Масса Сатурна велика, но велик и его радиус, именно поэтому g на Сатурне примерно равно земному. А градиент плотности атмосферы зависит именно от g и плотности газов ее составляющих (водорода и гелия). Посмотрите соответствующую формулу - градиент атмосферы Сатурна меньше чем на Земле.

>>Serg Ivanov Правда время экспедиции увеличивается до 6 лет вместо 152 суток для Марса, но его можно сократить увеличением скорости при использовании высокоэффективных двигателей.

Shirson>Вы сами себе не противоречите? Увеличив скорость, на Сатурн вы выйдите уже по другой траектории. И скорость встречи с его "бетонной" атмосферой будет значительно повыше. Не так ли? Значит придется тормозить движками

Предполагается использование двигателей на топливе добываемом из отнюдь не бетонной атмосферы Сатурна - заправка в один конец.

>>Serg Ivanov Тяжелые металлы платиновой группы проще добывать на астероидах чем на Меркурии – такие прожекты уже есть.

Shirson>Вы не пробовали собирать мед не в улье, а ловить пчел на подлете и отбирать у них нектар?

Тяжелые металлы на планетах за счет действия гравитации сконцентрированы в основном в ядре. Концентрация платины, иридия и пр. в некоторых метеоритах в 100 раз выше, чем в лучших земных рудах.
Кстати некоторые виды ос ловят пчел на подлете к улью и налету отбирают у них нектар - не такая уж плохая стратегия.

RD>Может, когда-нибудь, в отдаленном будущем и окажется целесообразной добыча чего-нибудь на Сатурне. Но создавать ради этого "базу"? Отказ энергоустановки и платформа "пойдет на дно". А обеспечение пожаровзрывобезопасности? Если собираетесь "тащить" кислород в водородную атмосферу, без проблем не обойтись.
База затевается как завод по разделению изотопов гелия и водорода с экспортом гелия-3 на Землю. При отказе энергоустановки вобщем-то любая космическая база накроется. Нужна модульная конструкция - на каждом своя энергоустановка и шар-баллон, при отказе модуль сбрасывается. Пожаровзрывобезопасность обеспечивается созданием небольшого избыточного давления в жилых отсеках по сравнению с забортным. Утечка воздуха наружу при температуре там -180С (почти сжижения кислорода) вряд ли пожароопасна.
А какой вид с верхней палубы!

S.I.>Масса Сатурна велика, но велик и его радиус, именно поэтому g на Сатурне примерно равно земному. А градиент плотности атмосферы зависит именно от g и плотности газов ее составляющих (водорода и гелия). Посмотрите соответствующую формулу - градиент атмосферы Сатурна меньше чем на Земле.

А где эту формулу можно посмотреть?


S.I.>Предполагается использование двигателей на топливе добываемом из отнюдь не бетонной атмосферы Сатурна - заправка в один конец.

Речь шла про отсутствии необходимости тормозить двигателями для "цепляние" за Сатурн, а не про то, откуда корабль возьмет топливо на обратный путь.


S.I.>Тяжелые металлы на планетах за счет действия гравитации сконцентрированы в основном в ядре. Концентрация платины, иридия и пр. в некоторых метеоритах в 100 раз выше, чем в лучших земных рудах.

Имея стационарную базу, можно выгребать породу мегатоннами. (речь идет про Меркурий, а не про Землю. Они из "горячей группы", но всё же разные). Количество тяжелых металов в одном месте намного превосходит его разбросанным по астероидам. Кроме прочего, эти астероиды нужно ловить и перерабатывать. Перерабатывать на месте или тащить на фабрику? Оба варианта по эффективности уступают стационарной базе, которая гребет руду "из под себя".


S.I.>Кстати некоторые виды ос ловят пчел на подлете к улью и налету отбирают у них нектар - не такая уж плохая стратегия.

А леминги каждый год совершают массовые самоубийства. Стратегия действительно неплоха.

А почему не сделать летающую базу? Долетела до астероида, переработала, полетела к другом...

To Serg Ivanov:

Сначала Вы написали:
>"лед при температуре минус 180С ПРОЧНЕЕ стали",
что вызвало у меня недоумение. Далее Вы уточняете:

>лед-VII плавится при температуре +200С, по ТВЕРДОСТИ превосходит сталь.

Вообще-то, твердость и прочность - две большие разницы, как говорят в Одессе, несмотря на то, что по твердости СТАЛИ часто судят о ее прочностных характеристиках. НО!!! Я уже писал, что прочность НА СЖАТИЕ хорошо коррелирует с твердостью, чего нельзя сказать про прочность НА РАСТЯЖЕНИЕ, НА ИЗГИБ, а особенно - НА СДВИГ. Последнее характеризует хрупкость материала, и даже сталь при низких температурах, повышая сигма бэ (предел прочности на растяжение), охрупчивается. Лед, как я подозреваю, уподобляется в тех условиях фарфору - весьма прочный на сжатие материал, а попробуйте стукнуть по нему.

>Интуитивно понятно что материал при температуре возле точки плавления (а на Земле лед существует именно вблизи точки плавления) имеет низкую прочность – это справедливо для любых материалов, при снижении температуры прочность должна возрастать.

Интуиция - это прекрасно, но, как известно, информация - мать интуиции. Попробуйте резину опустить в жидкий азот. В каком состоянии ее прочность Вам больше подойдет? Лично я выбрал бы нормальную температуру.
Короче, твердость материала - не единственная из прочностных характеристик материала (что Вы скажете, например, про влияние температур на модуль Юнга и коэффициент Пуассона, интуитивно? А без них никуда!). Посему предлагаю забыть про лед, как конструкционный материал (если речь не идет о конструкциях типа айсбергов).

hcube>А почему не сделать летающую базу? Долетела до астероида, переработала, полетела к другом...

Как мне кажется:
1. Периоды простоя во время перелетов между астероидами (исчисляются месяцами)
2. Вопросы снабжения. (одна добывающая база вряд ли будет самоокупаема, нужна сеть баз, работающих паралельно)
3. Ограничение "мощности" добычи из-за мобильности.
4. Переработанную руду нужно доставлять на место. Если это делает сама база, это экономический крах на старте. Если это делает шаттл, тот же вопрос, что и п.2
5. Энергообеспечение. На Меркурии Солнце дает 9кВт на квадрат площади, для астероидов это значение на порядок меньше. Если у астероида высокий эксцентриситет орбиты, энергия выхода с СБ будет меняться. Кроме того, несмотря на невесомость, размеры СБ на мобильной базе имеют разумные пределы, в то время как на Меркурии ими можно "застилать" квадратные километры. Значит мобильной базе понадобится долгосрочный и достаточно мощный источник питания, не на основе СБ. Кстати ремонтнодоступность у поверхностной базы выше.
(6. Насколько я помню, кроме платины с Меркурия можно грести радиоактивные элементы, которые на нем присутствуют)

Кстати, если не изменяет память, в 70х в "Технике -молодежи" обсуждался проект летающей (аэростатной) базы для Венеры. Типа на высоте километров 50 плотность атмосферы порядка 1 атм и температура порядка 20 С. Правда, уже тогда было известно, что там полно кислоты...

Shirson>А где эту формулу можно посмотреть?
Барометрическую формулу можно посмотреть в любом учебнике физики:
Если предположить (в первом приближении), что температура атмосферы с высотой не меняется, то атмосферное давление уменьшается с высотой по экспоненциальному закону.
Если
P0 - атмосферное давление на нулевой высоте, Па
Ph - атмосферное давление на высоте h, Па
h – высота, м
w0 – плотность газов атмосферы на нулевой высоте, кг/м3
g – ускорение свободного падения, м/с2
e = 2,71828
то для высот примерно до 100км (на Земле) давление рассчитывается по формуле:
Ph=P0*e^(-w0*g*h/P0).
Как видите, в показателе степени присутствуют g и w0, g для Земли Вы надеюсь, знаете, для Сатурна (за вычетом центробежного ускорения) 11,38м/с2. Плотность воздуха 1,29кг/м3 при 0С, плотность водородно-гелиевой атмосферы Сатурна при температуре
–180С и давлении 100000Па=1атм (высота полета базы принята «нулевой» для Сатурна) =0,283кг/м3. Дальше считайте сами.
Получается, для того чтобы давление уменьшилось в 100000 раз на Земле надо подняться на 100км (условная граница атмосферы), а на Сатурне – на 400км.
Как ни странно, но задача входа в атмосферу планет-гигантов проще, чем в атмосферу Венеры или Земли. В 1995 году зонд "Галилей" вошел в атмосферу Юпитера со скоростью 45км/с, спуск был баллистический.
S.I.>>Тяжелые металлы на планетах за счет действия гравитации сконцентрированы в основном в ядре. Концентрация платины, иридия и пр. в некоторых метеоритах в 100 раз выше, чем в лучших земных рудах.

Shirson>Имея стационарную базу, можно выгребать породу мегатоннами. (речь идет про Меркурий, а не про Землю. Они из "горячей группы", но всё же разные). Количество тяжелых металов в одном месте намного превосходит его разбросанным по астероидам. Кроме прочего, эти астероиды нужно ловить и перерабатывать. Перерабатывать на месте или тащить на фабрику? Оба варианта по эффективности уступают стационарной базе, которая гребет руду "из под себя".
Из ядра Меркурия?

VK>Короче, твердость материала - не единственная из прочностных характеристик материала (что Вы скажете, например, про влияние температур на модуль Юнга и коэффициент Пуассона, интуитивно? А без них никуда!). Посему предлагаю забыть про лед, как конструкционный материал (если речь не идет о конструкциях типа айсбергов).
Лед как конструкционный материал давно используется для устройства переправ (в том числе и методом намораживания при недостаточной толщине естественного льда). По таким ледяным мостам шли поезда (на Амуре), проходили коллоны тяжелых танков. Механические свойства других кристаллических модификаций льда при t=-180C никто толком не изучал за ненадобностью. Поэтому может быть Вы правы, а может и нет. Прежде чем забыть надо изучить.

hcube>>А почему не сделать летающую базу? Долетела до астероида, переработала, полетела к другом...

Shirson>Как мне кажется:
Shirson>1. Периоды простоя во время перелетов между астероидами (исчисляются месяцами)
Shirson>2. Вопросы снабжения. (одна добывающая база вряд ли будет самоокупаема, нужна сеть баз, работающих паралельно)
Shirson>3. Ограничение "мощности" добычи из-за мобильности.
Shirson>4. Переработанную руду нужно доставлять на место. Если это делает сама база, это экономический крах на старте. Если это делает шаттл, тот же вопрос, что и п.2
Shirson>5. Энергообеспечение. На Меркурии Солнце дает 9кВт на квадрат площади, для астероидов это значение на порядок меньше. Если у астероида высокий эксцентриситет орбиты, энергия выхода с СБ будет меняться. Кроме того, несмотря на невесомость, размеры СБ на мобильной базе имеют разумные пределы, в то время как на Меркурии ими можно "застилать" квадратные километры. Значит мобильной базе понадобится долгосрочный и достаточно мощный источник питания, не на основе СБ. Кстати ремонтнодоступность у поверхностной базы выше.
Shirson>(6. Насколько я помню, кроме платины с Меркурия можно грести радиоактивные элементы, которые на нем присутствуют)
Сравните ХС для полета на астероид и ХС для экспедиции на поверность Меркурия. А подходящий астероид можно и на околоземную орбиту перевести, заложив для безопасности в него мощный заряд.

>В 1995 году зонд "Галилей" вошел в атмосферу Юпитера со скоростью 45км/с, спуск был баллистический.

Galileo Probe вошел в атмосферу Юпитера на скорости 118 км/с.

S.I.>Барометрическую формулу можно посмотреть в любом учебнике физики:
S.I.>Если предположить (в первом приближении), что температура атмосферы с высотой не меняется, то атмосферное давление уменьшается с высотой по экспоненциальному закону.

Насчет температуры вы меня убили За формулу спасибо, но я еще сам поищу, более точный вариант именно по вопросу.


S.I.>В 1995 году зонд "Галилей" вошел в атмосферу Юпитера со скоростью 45км/с, спуск был баллистический.

Прошу прощения, но проба запускалась с целью увязнуть и погрузиться в атмосферу, а не совершить аэродинамическое торможение с последующим выходом на круговую орбиту. И скорость падения у неё была раза в 3 выше.


S.I.>Из ядра Меркурия?

А тяжелые элементы исключительно в ядре водятся?


S.I.>Лед как конструкционный материал давно используется для устройства переправ (в том числе и методом намораживания при недостаточной толщине естественного льда).

Т.е. при равных массо-габаритах лед превосходит сталь? Ведь это не так, это понятно. А то что можно наморозить слой в 1 км, как это поможет _летающей_ базе?


S.I.>Сравните ХС для полета на астероид и ХС для экспедиции на поверность Меркурия.

Вы хотите сказать, что энергетически выгоднее (и быстрее) лететь на тело, находящееся "выше" на 3 а.е. чем "спускаться" на тело, находящееся в 1 а.е.? Как ту говорят - "Сами придумали, или у вас пароль украли?"


S.I.>А подходящий астероид можно и на околоземную орбиту перевести, заложив для безопасности в него мощный заряд.

Можно спросить, КАК переводить астероид, сколько-нибудь выгодной для добычи массы, на другую орбиту? И сколько это займет времени.

S.I.>Лед как конструкционный материал давно используется для устройства переправ (в том числе и методом намораживания при недостаточной толщине естественного льда). По таким ледяным мостам шли поезда (на Амуре), проходили коллоны тяжелых танков.

КОНСТРУКЦИОННЫМ материал называется потому, что его можно обрабатывать и изготавливать из него КОНСТРУКЦИИ заданной формы и с заданными свойствами. Лед под это определение не попадает. Ваш пример выше неудачен, ибо переправы делали и методом насыпания дамб, а песок и глина - не конструкционные материалы. Лед в Вашем примере является СТРОИТЕЛЬНЫМ материалом, подходящим для того, что я определил, как "конструкцию типа айсберга".

Shirson>Т.е. при равных массо-габаритах лед превосходит сталь? Ведь это не так, это понятно.

Массе или габаритах? У льда плотность в восемь раз меньше, чем у стали. И, если усилие на разрыв меньше, скажем, в шесть раз (в действительности, к сожалению, это не так), то ледяная конструкция будет прочнее стальной при одинаковом весе. Но габариты у нее будут, понятное дело, больше.

В конце концов, повреждает же лёд ледоколы...

S.I.>>Сравните ХС для полета на астероид и ХС для экспедиции на поверность Меркурия.

Shirson> Вы хотите сказать, что энергетически выгоднее (и быстрее) лететь на тело, находящееся "выше" на 3 а.е. чем "спускаться" на тело, находящееся в 1 а.е.?

А для вас, что, это новость? Насчет быстрее, это вы сами добавили, но энергетически...

Shirson> Как ту говорят - "Сами придумали, или у вас пароль украли?"

Давайте рассмотрим два крайних случая. Чтобы попасть на Солнце, нужно погасить почти всю скорость орбитального движения Земли, которая составляет почти 30 км/с. А чтобы улететь в бесконечность, нужно получить только дополнительную скорость в 0.4 от 30 км/с.