Поход к астероидам (сугубо по делу)

Есть желание обсудить некоторые моменты такой авантюры: экспедиция к паре-тройке астероидов по делу.

Цель: испытание и демонстрация технологий необходимых для получения минерального сырья в космосе на шару.

Задачи:
1. Встреча с небольшими астероидами М и С класса (по одному). М - это кусок сплава/раствора Ni в Fe, с включениями Co и разных интересных металлов. С могут содержать до 20% воды и прочих интересных соединений.
2. Получение и выделение материалов на месте. Для металлов - просто сбор, для С класса - прокаливание породы и сбор и сублимация части газов (вода, СО2, СН4 и что ещё попадётся) без сортировки. Всё это в количествах не лабораторных, а скажем, по 50-100кг того и другого.
3. Транспортировка нарытого на высокую земную орбиту, либо лунную, либо в L2/L4/L5.
4. Возврат части(?) добытого на поверхность, либо на LEO.

Замысел:
1 - для себя. Испытание робототехнического комплекса, с последующим использованием технологии где ни попадя.
2 - для спонсора. Демонстрация способности получения и доставки космических материалов с малыми затратами.
3 - на будущее. Подготовительный технологический этап для большого проекта, как более масштабного развития малого.

Финансовая сторона:
0. Частный проект, частные инвестиции.
Кредит:
1. Один запуск Союза-Фрегата.
2. Максимальное использование коммерческих компонентов и технологий. Двигатели, энергетика, часть сенсоров и электроники - из существующих проектов.
3. Минимальные накладные расходы (полное отсутствие банды нянек в ЦУПе) - все операции после прибытия полностью автономны. За исключением нескольких коррекций орбиты, никакого "заката солнца вручную" не будет.
Дебет:
4. ЧАСТЬ данных сенсоров, изображений, и прочей информации - для кредитоспособного "научного сообщества".
5. ЧАСТЬ доставленных материалов — для избранной части кредитоспособного "научного сообщества" или любого желающего.
6. ЧАСТЬ полезной нагрузки отведена под приборы кредитоспособных "пассажиров", с предоставлением такой услуги как доставка к цели, маневрирование у цели, трансляция данных, и обеспечение работы приборов/зондов.
7. Не ставится цель обязательно свести конечный баланс к нулю, но как минимум заметно его улучшить.

Краткое описание:

Небольшой кораблик стартует на Союзе и выводится Фрегатом на гомановскую траекторию прямо к цели. Цель находится на орбите в диапазоне 2-2.5ае, что даёт примерно 540-860кг массы корабля. В разгоне корабль не участвует, только корректирует орбиту. При достижении цели, корабль снижает относительную скорость до нуля, и расстояние, скажем, до нескольких сотен метров. Производится сканирование цели в оптическом и радиодиапазоне и поиск подходящих зон для забора материала. После определения этих зон, в них направляются зонды, способные отделить небольшое количество материала, поместить в контейнер, доставить на корабль, и повторять пока не остановят. После накопления достаточного количества материала, зонды возвращаются на корабль, и он перелетает к второй цели. На борту контейнеры с металлом просто хранятся, а контейнеры с газосодержащей породой прогреваются, газ собирается, а остальное удаляется. Часть породы оставляется необработанной для возвращения. Возможен in situ анализ материалов спектрометрами и прочим, если будет такой заказ.

Заранее отвечу на некоторые вопросы:

1. Никаких космонавтов.
2. Это не научная, а технологическая экспедиция. Приём учёных производится только через бухгалтерию.
3. Это частный проект с частными инвестициями, никаких НАСА, разве что как поставщиков/подрядчиков по отдельным аспектам и компонентам.
4. Собранные кораблём материалы останутся вне публичного доступа, а данные сенсоров (естесственно, исключая контрактные ПН) — конфиденциальными.

Технические моменты:

Маневрирование корабля на орбите - с помощью ионника, маневрирование зондов - сжатым/нагретым газом, в т.ч. (экспериментально) добытым.
Энергетика - изотопный генератор, либо (сомнительно) СБ.
Ближняя навигация - радар, лазерный дальномер, видео.
Возврат к Земле - на ионнике, и это его главное назначение.
Между стартом и прибытием должно пройти минимальное (финансово доступное) время, поэтому разгона на ионнике на пути к цели не будет.

---

Хотелось бы обсудить такой проектик, и услышать конструктивную критику, мнения и возникающие вопросы. В "перспективы" предлагаю не углубляться, дабы не свести топик туда, куда ушло всё "освоение космоса". Перспективы есть, и они завязаны на зарождающуюся негосударственную космическую индустрию и сегодняшние технологические возможности. Всё вышеописанное и вообще весь замысел опирается на низкие капиталовложения и по возможности быстрый возврат части затраченных средств.
Также предлагаю не углубляться в то как именно роботы всё это проделают — подразумевается успешное испытание (на Земле) и демонстрация робототехнического сегмента ПЕРЕД обращением к инвестору.

Ну приступим

Небольшой кораблик стартует на Союзе и выводится Фрегатом на гомановскую траекторию прямо к цели. Цель находится на орбите в диапазоне 2-2.5ае, что даёт примерно 540-860кг массы корабля. В разгоне корабль не участвует, только корректирует орбиту. При достижении цели, корабль снижает относительную скорость до нуля, и расстояние, скажем, до нескольких сотен метров

 

Больно все это расплывчато. От конкретной орбиты астероида зависит очень многое. В частности совершенно не учтено возможное изменение наклонения орбиты , а около плоскости эклиптики обитает лишь малая часть астероидов . Вот например при полетах с земли в район орбит с указанными полуосями изменение наклонения на 1 гр обходится в ~200 м/с ХС , в сумме может и 1 км/с набежать в зависимости от астероида. Далее, надо не просто выйти на гомановскую траекторию , а перейти на саму орбиту астероида , и еще неизвестно во сколько ХС это выльется. Боюсь при более тщательном анализе масса аппарата может уполовиниться.

Теперь про полезную нагрузку , все что там будем копать , добывать и ползать. В современных миссиях масса собственно научной аппаратуры , то есть ради чего собственно все и затевается не превосходит 10-15% от массы аппарата . Остальное - служебные системы , энергобеспечение , связь , и тд и тп. Поэтому по вышеприведенному плану на астероид можно будет доставить разве что флаг , вымпел и табличку "Мы сделали это!". Надо не стесняться всюду использовать ионники , а заодно выбрать ракету помощнее. Протон например.
Думаю бессмысленно также торговать научной информацией - это и непринято и неприлично , да и нет там ничего такого суперинтересного чтобы за это еще и деньги платить. Единственная польза такого проекта - отработка технологии, но частные инвесторы на такие дорогие подарки не готовы , это прерогатива государства . Никто ж не строит частные адронные коллайдеры , хотя может лет через 50 результаты этих исследований изменят нашу цивилизацию.

Я думаю, что разгоняться надо тоже на ионнике. А гидразинчик приберечь для посадок на астероиды, и для разгрузки гиродинов. А все остальное - ионником. Далее, мысль о том чтобы посылать за пробами зонды... мнэээ... таким образом нам вместо одного комплекта навигационной аппаратуры надо будет поставить три-четыре. Оно надо? Проще всем кораблем садиться, благо 2я космическая для астероида не превышает 100 м/c.

Данная тема очень близка к теме которую я думаю
Тема эта - проект "космический странник". Полностью частный\любительский\коммерческий аппарат, способный управляемо блужать в ближнем космосе длительное время.
Предполагаемый бюджет - максимум $100K
Рассылка данных с АМС в режиме реал-тайм по подписке
Открытая публикация материалов(или их части)
Выбор очередной миссии тендером -либо по $ либо любительским конкурсом

Ник

Тема эта - проект "космический странник". Полностью частный\любительский\коммерческий аппарат, способный управляемо блужать в ближнем космосе длительное время.
Предполагаемый бюджет - максимум $100K

 

Можете даже и не думать. НИ ОДНА любительская или коммерческая организация не в состоянии сейчас сделать такое , тем более всего за 100 килобаксов. Не так давно одна компания наторговала участками на Луне на общую сумму больше 10 М$ , но так и не смогла ничего к Луне запустить , хотя очень об этом кричала.
Что меня особенно удивляет , все обязательно планируют торговать информацией со АМС. Что она вообще ценного может предоставить из "ближнего космоса" ? Фотографии звезд , концентрацию протонов в солнечном ветре ? Так это делают другие и гораздо лучше , а результаты вывешивают в инете на следующий день совершенно бесплатно.
Единственная возможность которую я здесь вижу - любительский проект финансируемый государством как занятное приложение к какой-то большой миссии. Как студенческий эксперимент на Бигле-2 , как любительские микроспутники на МКС.
Можно наример попутным грузом вывести с ближайшей АМС небольшой микроспутник , который совершенно бесплатно получает вторую косическую скорость , а потом летит куда хочет. Хотя конечно непонятно как тут вообще можно организовать передачу данных с такого микроба на землю, и вообще много чего непонятно. Но по крайней мере это хотя бы теоретически реализуемо.

>Цель: испытание и демонстрация технологий необходимых для получения минерального сырья в космосе на шару.
основной вопрос - а зачем для этого в космос лететь?
В возможности "пристыковаться" к произвольному астероиду сомнений нет.
Создать "завод" для добычи и первичной обработки материала - полёта в космос не требует.
А вот нафиг этот материал нужен?

Отвечаю всем хором по порядку:

Mathieus:

1. Ничего не расплывчато, просто не стал засорять тему деталями с первого импульса обсуждения. Какая там часть астероидов как летает - значения не имеет никакого, мне нужен только один М класса (их немного), и один С класса (их половина) с водой. Основная М-цель намечена - орбита почти круговая (для астероида), наклонение 5 с копейками, полуось примерно 2.2ае. С класс не смотрел ещё - их слишком много, нужный найдётся где надо и какой надо. Встреча с астероидом будет короткой - пару дней от силы, больше не надо - это сказывается на затратах ХС?
2а. Насчёт ПН давайте не углубляться, но про вымпел — это вы погорячились. Масса непосредственно "добывающей" ПН будет очень небольшой, т.к. это демонстратор технологии, а не промышленная система.
2б. Если всюду использовать ионники и выбрать ракету помощнее, то можно никуда не полететь, т.к. начальные инвестиции будут неподъёмными - этот момент имеет большее влияние чем любой технический.
2в. Торговать научной информацией вполне общепринято и прилично. Я хочу посмотреть на общедоступные данные по разведанным нефтегазовым месторождениям, например. А в области космоса, так за Кассини заплачено 3.3млрд долларов из кармана населения - это ли не торговля? Тем более предоставляется реальная услуга - все технические риски и проблемы заказчик передаёт мне, а получает только желаемое. Но в этом направлении давайте не развивать тему. Эти моменты лишь делают экспедицию более реальной — как я сказал сразу, ни прибыли, ни даже нулевого баланса не ожидается. Но если она будет, истерики не будет!
2г. Насчёт частных инвесторов - предоставьте это целиком мне Лучше по техническим моментам пройдитесь.
2д. Никаких 50 лет - это не наука, где время не имеет значения. Технологии БУДУТ использованы сразу после, если не до — вопрос лишь в масштабах и нишах. Инвесторы РЕГУЛЯРНО оплачивают развитие технологий, т.к. это потом приносит ИМ прибыль.

hcube:

1. Никаких ионников — долететь нужно БЫСТРО. А вот возвращаться с добычей можно медленно, ибо дело сделано. Насчёт зондов — я не хочу обсуждать это сейчас, но это ключевой момент всего дела. Садиться на астероид с околонулевой гравитацией совсем не нужно, тем более что он может оказаться очень неправильной формы, и оборачивается за несколько часов.

Ник:

1. Это не странник, это демонстратор технологии. Демонстратор не для публики, а как технологическая основа большого проекта для убеждения больших инвесторов. Следовательно, все технологические моменты автоматически окажутся конфиденциальными, и даже ход экспедиции до самого конца не может разглашаться. И я даже не уверен что результаты такой экспедиции могут оглашаться, разве что "контакт с кораблём потерян" при любом исходе. Пиар тут не нужен — у публики ничего не просим.
2. Бюджет, я думаю, может быть ограничен 50М, лучше ближе к 20М, в основном за счёт экономии на "няньках" и прочих зарплатах, а также за счёт использования производимых коммерческих компонентов (связь, ионник, и др). Один запуск Союза под 10М обойдётся.
3. Если всё оплачивается за свои, то с какой балды публиковать что-то на шару? Учёные могут оплатить свои интересы, они не бедствуют. Тем более такие моменты как образцы грунта могут вернуть большУю, если не бОльшую часть бюджета экспедиции просто за счёт научного интереса богатых университетов и других интересующихся лиц.
4. Выбор "очередной" миссии уже сделан, если эта будет успешной.

Mathieus:

1. АМС может вернуть образцы материалов, т.к. это будет очень малой частью возвращаемого груза. Их потом можно продать на аукционе, и вполне возможно (и неожиданно) окупить вообще всю экспедицию. Насчёт информации — платный траффик коммерческой ПН, платная доставка к попутной цели, и т.п.Это ответ за Ника

Dem_anywhere:

1. Затем, что для вложения больших денег в большой проект нужно сначала увидеть что он реален, что технологическая база готова и опробована, что это не афёра. Чтобы я мог показать пальцем в угол на большую банку металла (и ещё желательно воды) с астероида и сказать "мы готовы, а вы?" В отличие от энтузиастов, инвесторам нужны веские доказательства реальности проекта. По робототехнической части они их получат до полёта, а по технологии добычи в целом - после.

Ник:

1. Снаряды не подходят. Спектральный анализ можно сделать на месте, ничего не возвращая. Мне нужен материал на орбите, и немного на Земле в банке.

2 au
рекомендую на всякий случай ознакомиться с проектом Hayabusa. Все что вы тут планируете будет происходить этим летом на астероиде Итокава .

Mathieus:

Спасибо, но это совсем другое.
1. MUSES-C — это научная миссия, они надеются вернуть около 1 грамма образцов вот таким способом:

Я же хочу вернуть на высокую земную орбиту сотню кг, и малую часть (скажем, 1кг) вернуть на Землю.

2. 25143 Itokawa (1998 SF36 ) — астероид S класса (материал, подвергнувшийся воздействию высоких температур). Он уже по своей классификации сухой как лист, а меня интересуют М класс (насквозь металлический) и C класс (с высоким содержанием воды). Меня интересуют МЕТАЛЛ и ВОДА. Их интересуют образцы. Они не знают что нароют, а я точно знаю что я хочу получить, где оно лежит, сколько мне надо, и что с этим потом делать.

Разница в целях и подходах по-моему просто бросается в глаза... А вы говорите "Все что вы тут планируете будет..." Не будет. Самое близкое из проектов — это NEAP, который никуда не полетел в 2002 году, и теперь в подвешенном состоянии и без ясных целей.

Ссылка на него: http://spaceguard.esa.int/tumblingstone/issues/num22/eng/musesc1.htm

Дело как раз в том, что с ионником получится БЫСТРЕЕ. Лучше день потерять, зато потом за пять минут долететь (с). На гидразинчике мы вынужденно будем выбирать Гомановскую траекторию. А с ионником мы имеем хоть и маленькое, но постоянное ускорение, и можем лететь по гиперболической траектории со значительно бОльшими затратаи ХС.

Собственно... характерное ускорение для ионника - 0.2 мм/с2. Характерное время полета к NEAR-астероиду - допустим полгода. За 3 месяца с ускорением 0.2 mm/с2 можно набрать скорость в 1.5 км/c. Ну... да, маловато . Но тут вопрос в достижимом ускорении. Если достичь хотя бы 1 мм/с2 - то это будет уже в 5 раз больше. То есть 7.5 км/с. Против 2х при разгоне стандартным РБ. При этом мощность ядерного энергоблока используется полезно. И погашаемый лаг в скорости между Землей и астероидом тоже хорошо так возрастает - до 3-4 км/с точно, причем без увеличения времени полета.

Впрочем, никто не мешает использовать комбинированный вариант - 2ю космическую набрать быстро, на гидразине, но с минимальным запасом. А до астероида лететь уже на ионнике.

Еще интересный вопрос - нельзя ли на астероид сесть (и соответственно взлететь) на ионнике?

А по деталям проекта - предлагается следующее :

РБ и система маневрирования, однозначно, АО от Прогресса. От оригинального АO отличается следующим :

- СБ демонтированы нафиг. Вместо них - энергоустановка на базе Топаза, весом примерно в тонну, мощностью киловатт так 30-40.

- По кругу вокруг OO размещены ионные движки - 6 штук, на откидных фермах метра по три примерно. Корпуса ферм - баки с ксеноном. Запас ксенона - примерно полтонны-тонна. Работать начинают с момента выведения на LEO и продолжают непрерывно работать всю миссию.

- Целевая ПН расположена 'с носа', отстрел зондов производится 'вбок', а прямо вперед торчит разворачиваемая антенна дальней связи. Она же - радарная установка с ФАР для детального изучения обьекта изучения

- между реактором и АО торчат баки с гидразином. Сколько влезет по весу. Примерно - 2-3 тонны топлива в дополнение к тем двум, которые залиты в баки АО. По сравнению с оригинальным Прогрессом корабль перетяжелен килограммов на 500, за счет довыведения.

>Еще интересный вопрос - нельзя ли на астероид сесть (и соответственно взлететь) на ионнике?
Ещё более интересный вопрос - нельзя ли ионник заправить на астероиде?

Слегка off-top
Почему не используются в качестве ДО движки с прямым электронагревом? Обычно маломощные ДО - это сопло с клапаном присоединенное к баллону с газом(гелием или аргоном или азотом) или камера с катализатором для разложения гидразина или перекиси. Почему же не поставить , например, вольфрамовую спираль электролампочки. благо условия те же и нагревать газ до 1000-2000С? При этом можно в одних случая(сверхмалая тяга) использовать просто тот же газ, а если нужна тяга поболее - включать спираль. Те же 100-300 ватт погоды же не сделают. А?

Ник

Отвечаю всем по порядку.

hcube:
1. В текущем виде ПН доставляется к цели БЕЗ УЧАСТИЯ В РАЗГОНЕ. Вывод на траекторию полностью отдан Фрегату, и исходя из его возможностей определена максимальная масса корабля. Как следствие, кораблю не нужен двигатель для достижения цели, и при этом она (на 2-2.1 ае) достигается за 340-350 дней. Меня это устраивает вполне, а по экономии затрат на разгон это решение вообще непревзойдённо — затрат нет
2. Ионник корабля со всем топливом предназначается для обратного пути (неторопливо), и для маневрирования в районе цели.
3. Никаких ядерных энергоблоков массой около тонны в ЭТОМ случае быть не может — у меня на всё порядка 800 кг. Это только демонстратор.

Dem_anywhere:

1. Вопрос интересный, но не ко мне и не сейчас. Одной из целей полёта является получение воды как источника водорода. Если двигатель (например, такой: Исследовательский центр имени М.В. Келдыша) может работать на водороде, то шанс такой по крайней мере есть. Но в ЭТОМ ДЕМОНСТРАЦИОНННОМ полёте технический риск не должен охватывать двигательную установку, так что всё своё топливо она будет иметь изначально.

Mathieus:

1. У Келдыша пишут что водород и ионник совместимы. Но правда, в рабочем теле при возвращении с астероида недостатка не будет. Насчёт взлетит или нет — всё что надо (сам корабль не соприкасается с астероидом) взлетит просто в прыжке, т.к. одним из приоритетов при выборе цели было околонулевая гравитация. Диаметр выбранной цели М класса — около 15 км. Выбор же цели С класса очень широкий, так что можно найти цель около 1 км диаметром.
Кстати, ваш пример MUSES-C греет ксенон микроволнами.

Ник:

1. В данном случае меня интересует готовый и испытанный движок, а не лабораторный образец. Фокус этого демонстратора не на двигателе, поэтому он должен быть заведомо надёжным компонентом системы.

Какая радость. Нашёлся астероид М класса правильного размера совсем рядом, буквально на орбите Земли, только эксцентриситет побольше... и наклонение орбиты под 24 градуса. Даже не знаю лучше это или хуже чем 2 ае и 5 градусов Кто-то может метод расчёта требуемой скорости показать?

Хех... радость отменяется. С таким наклонением туда ничего на Союзе не попадает никак. Впрочем как и на первоначальную цель, если я не ошибся.

Так что остаётся Протон и родственная ему Яхта заодно.

>Хех... радость отменяется. С таким наклонением туда ничего на Союзе не попадает никак
А если Луну для изменения траектории задействовать?

Да хоть Луну, хоть Землю — я не против! Но я не баллистик, так что ничего сказать по этому поводу не могу. Разве что причитал что с Луны много не выдавишь в этом случае, хотя и это было бы очень кстати.

>Разве что причитал что с Луны много не выдавишь в этом случае, хотя и это было бы очень кстати.
C неё скорости не выдавишь (не более её орбитальной - километр в секунду. Не зря кассини об венеру стукали ). А вот направление поменять можно весьма значительно.

В смысле наклонение?

Mathieus 27.02.2005 19:07:54

Взлетит или не взлетит на ионнике - зависит от тяговооруженности. Ускорение свободного падения на небольшом 20-30 км ледяном астероиде ~ 20-30 мм/с2.

 

Тогда можно посадить аппарат на небольшую легкую "отстегивающуюся" платформу, с которой он выходит на орбиту с помощью пружинных толкателей освобожденных в нужный момент. А дальше на ЭРД.

au Дата 01.03.2005 06:20:44

Какая радость. Нашёлся астероид М класса правильного размера совсем рядом, буквально на орбите Земли, только эксцентриситет побольше... и наклонение орбиты под 24 градуса. Даже не знаю лучше это или хуже чем 2 ае и 5 градусов Кто-то может метод расчёта требуемой скорости показать?

 

Это не этот 2003YN107 Астрономы нашли у Земли еще одну Луну

Нет, не этот. Он непонятно какого класса, т.е. неизвестно из чего сделан.