[image]

Межпланетный Микрозонд (сферический в вакууме)

 

FILAS

втянувшийся

Заинтересовал следующий вопрос.
Насколько миниатюрным можно создать микрозонд для изучения Солнечной системы?
Какие есть ограничения по размерам "снизу"?
Предполагается что микрозонды можно разогнать лазером до скоростей порядка 100-1000 км/с.

ТЗ:
Стандартные микрозонды для пролетного изучения тел солнечной системы до 50-100 ае.
Коррекция траектории невозможна или сильно ограничена из-за большой потребной deltaV.

Бортовые системы для рассмотрения ограничений:
1) Связь
2) Спектрометр
3) Фотокамера

4) Электропитание
5) Бортовая ЭВМ
6) Система ориентации
7) Обеспечение теплового режима


Допущения:
Нет технологических ограничений на изготовление миниатюрных деталей. Предположим, что оболочку можно сделать толщиной в одну молекулу.
   71.0.3578.9871.0.3578.98
+
-
edit
 

spam_test

аксакал

FILAS> 1) Связь
антенны мелкими сделать не получится ведь
   70.0.3538.11370.0.3538.113
+
-
edit
 

FILAS

втянувшийся

FILAS>> 1) Связь
s.t.> антенны мелкими сделать не получится ведь

Как раз в этом и вопрос. Как определить их минимальный размер. Я в антеннах вообще не разбираюсь.
   71.0.3578.9871.0.3578.98

FILAS

втянувшийся

Для оптики мы упираемся в дифракционный предел.
Угловое разрешение в радианах
psi=(1.22*lambda/D)
Т.е. диаметр объектива
D=(1.22*lambda/psi)
Здесь, lamda=550*10-9 м - длина волны.
Вопрос, какое угловое разрешение psi взять за базовое.
   71.0.3578.9871.0.3578.98
RU Бывший генералиссимус #27.12.2018 12:23  @FILAS#27.12.2018 12:10
+
-
edit
 
FILAS> Для оптики мы упираемся в дифракционный предел.
FILAS> Угловое разрешение в радианах
FILAS> psi=(1.22*lambda/D)
FILAS> Т.е. диаметр объектива
FILAS> D=(1.22*lambda/psi)
FILAS> Здесь, lamda=550*10-9 м - длина волны.
FILAS> Вопрос, какое угловое разрешение psi взять за базовое.


Зонная решётка в помощь. Линза может быть сколь угодно лёгкой, если мы согласны на светопропускание в 50%
Хотя, в общем, и это не догма. Представим зонную пластинку из поликарбонатной плёнки толщиной 0,25 микрона в тонких местах и 0,5 микрона в толстых. При выведении и разгоне она свёрнута в рулон, который, опять же, согнут в кольцо. После разворачивания надуваем кольцевой шпангоут до 100 Па, дополнительно стабилизируем вращением.

Конечно, у неё будет разное фокусное расстояние для красного, инфракрасного, зелёного и т.д. Но это можно учесть конструкцией фотоприёмников, всё равно, сейчас полезнее спектрозональные снимки.

Аналогично конструируем фазированную антенную решётку для связной радиолинии. на плёнке в полмикрона рисуем проводящие элементы в две десятых микрона. К каждому элементу свой фазовращатель, транзистор и т.д. Лишь бы научиться разворачивать эти сотни квадратных метров.

И, понятно, как-то добывать энергию для всего этого.

Нет, допущения должны быть реалистичными...
   71.0.3578.9871.0.3578.98

FILAS

втянувшийся

Допущение к меня только одно. Нет ограничений по технологии изготовления. Просто я хотел оставить только фундаментальные физические ограничения. А также качественные отличия.
Пример из ЖРД.
Если мы изготовим микроЖРД просто уменьшив большой ЖРД пропорционально в N раз. То даже приняв допущение, что мы его может таким изготовить, мы попадаем на качественное отличие в потоках газа и жидкости. Всплывают капиллярные явления и пристеночный слой по всему течению газа.
   71.0.3578.9871.0.3578.98

Sandro
AXT

инженер вольнодумец
★☆
FILAS> Заинтересовал следующий вопрос.
FILAS> Насколько миниатюрным можно создать микрозонд для изучения Солнечной системы?
FILAS> Какие есть ограничения по размерам "снизу"?
FILAS> Предполагается что микрозонды можно разогнать лазером до скоростей порядка 100-1000 км/с.

Как-то тоже думал на эту тему. Выводы:

1) Из электромагнитной пушки. Наведение по углу, как у немецких мегаорудий, изогнутым рельсовым путём, по возвышению (если это можно так называть) — вращением глобуса.
2) Так как перегрузка более 1000g, никаких движущися частей. Моноблок.
3) Энергетика — РИТЭГ с именно что термоэлектрическим преобразователем. Где-то 50 Вт тепловой должно хватить.
4) Двигатель коррекции — ионник. Его малая тяга тут не помеха, всё равно лететь долго. Зато рабочего тела нужно мало.
5) Не шар, а конус. Ему же атмосферу пробивать. Снизу вверх.
6) Передающая антенна — ФАР в дне конуса. Электроника сейчас дёшева. Бодовая скорость будет не ахти, но сидели же мы в интернете на 2400 :)
7) Приёмная отсутствует за ненадобностью.
8) Ты забыл радиометр как минимум, а ещё хорошо бы транскутанный рентгеновский спектрометр поставить, мы же хотим знать химсостав встреченных объектов?

ИМХО, где-то в 1 кг это реально запихать, если очень постараться.
   52.952.9
+
-
edit
 

Полл

литератор
★★★★★

Sandro> 1) Из электромагнитной пушки.
Создание такой пушки очень дорого. При существующей инфраструктуре запусков на ГПО-ГСО - бессмысленно.

Sandro> 2) Так как перегрузка более 1000g, никаких движущися частей. Моноблок.
Рабочее тело ионного (или стационарного плазменного двигателя) - уже подвижная часть. Плюс клапан подачи.

Sandro> 3) Энергетика — РИТЭГ с именно что термоэлектрическим преобразователем. Где-то 50 Вт тепловой должно хватить.
На ионник? И передатчик на межпланетную дальность.

Sandro> 4) Двигатель коррекции — ионник. Его малая тяга тут не помеха, всё равно лететь долго. Зато рабочего тела нужно мало.
Длительная работа ДУ потребует длительной работы систем ориентации и астрогации.

Sandro> 5) Не шар, а конус. Ему же атмосферу пробивать. Снизу вверх.
Тепловую защиту попробуешь оценить? :) Что-то мне подсказывает, что чтобы иметь на выходе из атмосферы вторую космическую - 1 кг на тепловую защиту не хватит.

Sandro> 6) Передающая антенна — ФАР в дне конуса. Электроника сейчас дёшева. Бодовая скорость будет не ахти, но сидели же мы в интернете на 2400 :)
Физическая апертура получится крошечной.

Мое "ИМХО" по теме - КА для попутных запусков. Цепляется на РБ, выводящий спутник на ГСО или ГПО, самостоятельно набирает необходимые ~2 км/с отлетной на химии, скорее всего даже на твердотопливном движке. Изучение цели (я в первую очередь думаю про астероиды) на пролетной траектории, одна-две коррекции опять же на химии, и опять же скорее всего на твердотопливных движках, возврат на Землю, падение в заданный район, вернувшийся микро-СА с флэшкой шлет СМС-ку с данными от своего навигационного приемника. Обсуждение здесь: Поход к астероидам (сугубо по делу) [Полл#03.01.18 11:57]
   64.064.0
+
-
edit
 

Sandro
AXT

инженер вольнодумец
★☆
Sandro>> 1) Из электромагнитной пушки.
Полл> Создание такой пушки очень дорого. При существующей инфраструктуре запусков на ГПО-ГСО - бессмысленно.

Есть дорого, а есть слишком дорого. Я на космодромах никогда не был, а вот один мой друг там налаживал электронику. Говорит, сел отдохнуть на край чаши (он высоты не боится), смотришь и думаешь — какое же оно всё огромное! Сколько выкопали, сколько бетона залили...

Не факт, что пушка будет дороже.

Sandro>> 2) Так как перегрузка более 1000g, никаких движущися частей. Моноблок.
Полл> Рабочее тело ионного (или стационарного плазменного двигателя) - уже подвижная часть. Плюс клапан подачи.

Ну хорошо. Без механики. Так устроит?

А подачу можно организовать через испарение металлической проволоки током. Для этого клапаны не нужны.

Sandro>> 3) Энергетика — РИТЭГ с именно что термоэлектрическим преобразователем. Где-то 50 Вт тепловой должно хватить.
Полл> На ионник? И передатчик на межпланетную дальность.

Почему нет? В пересчёте на ток около 10 Дж/сек.
31,5 МДж / год. Примерно семь кило тротилового эквивалента. Что, не хватит подрулить и пообщаться?

Sandro>> 4) Двигатель коррекции — ионник. Его малая тяга тут не помеха, всё равно лететь долго. Зато рабочего тела нужно мало.
Полл> Длительная работа ДУ потребует длительной работы систем ориентации и астрогации.

Да. Но я не понял, в чём вопрос.

Sandro>> 5) Не шар, а конус. Ему же атмосферу пробивать. Снизу вверх.
Полл> Тепловую защиту попробуешь оценить? :) Что-то мне подсказывает, что чтобы иметь на выходе из атмосферы вторую космическую - 1 кг на тепловую защиту не хватит.

Вот блин я опять всю ночь не спал, а ты меня считать заставляешь. Ладно, оценим по максимуму. Итак, допустим, стартовая — 50 км/сек. На гиперзвуке можно в первом приближении считать, что энерговыход — это всё, что ты собрал по пути. Допустим, длина трассы — 100 км, а средняя плотность — килограмм на куб. Диаметр 10 см. То есть, сечение грубо 70. Цилиндр такого сечения и длиной 100 км содержит 700 кг воздуха, если не обсчитался.

E = mv2/2;

50000*50000*700/2 = 875 ГДж. Нефигово так. Но есть надежда, что это можно будет сбросить в абляцию, в завесу. Сбрасывают же в ракетных моторах. Но изделие ошпарит преизрядно, тут спору нет.

Sandro>> 6) Передающая антенна — ФАР в дне конуса. Электроника сейчас дёшева. Бодовая скорость будет не ахти, но сидели же мы в интернете на 2400 :)
Полл> Физическая апертура получится крошечной.

Тут есть хитрости :)

Полл> Изучение цели (я в первую очередь думаю про астероиды) на пролетной траектории,

Да, я сам тоже про астероиды. И на пролётной, тормозить там будет попросту нечем.

Полл> возврат на Землю, падение в заданный район, вернувшийся микро-СА с флэшкой ...

А вот тут не согласен. Требуя возврата, ты удваиваешь характерическую скорость. Может, лучше в один конец? Робота ведь не жалко. Лучше бы этот вес на оборудование потратить.

PS: Да, насчёт радио. После изобретения шумоподобных кодов можно передавать при очень низких уровнях сигнал/шум. Даже ниже фонового шума Вселенной. То есть, проблема не в том, удастся ли передать, а в скорости.
В твоём телефоне GPS-приёмник работает на скорости 10240 бит/сек. А теперь посмотри, насколько уровень принимаемого сигнала ниже уровня космического шума.
   52.952.9
+
-
edit
 

spam_test

аксакал

Sandro> Может, лучше в один конец? Робота ведь не жалко. Лучше бы этот вес на оборудование потратить
Если мелочь посылать, может, воткнуть в объект? Правда, скорости совсем уж дикие, не выживет.
   70.0.3538.11370.0.3538.113
+
-
edit
 

Полл

литератор
★★★★★

Sandro> Не факт, что пушка будет дороже.
Космодром - он уже есть. И ракета-носитель уже есть.
А пушку надо будет разработать и построить заново.

Sandro> А подачу можно организовать через испарение металлической проволоки током. Для этого клапаны не нужны.
Рабочее тело СПД - ксенон. В ионниках тоже применяются благородные газы.

Sandro> 31,5 МДж / год. Примерно семь кило тротилового эквивалента. Что, не хватит подрулить и пообщаться?
Нет.
У тебя на борту нет АКБ, которая сможет запасать энергию хотя бы за неделю. А мощность РИТЕГА совсем малая. А если подобная АКБ есть - это опять же масса.

Полл>> Длительная работа ДУ потребует длительной работы систем ориентации и астрогации.
Sandro> Да. Но я не понял, в чём вопрос.
В потреблении энергии этими системами, в потребном ресурсе, то есть массе этих систем.

Sandro> А вот тут не согласен. Требуя возврата, ты удваиваешь характерическую скорость.
Для полета к астероиду характеристическая скорость с ГПО порядка 2,5 км/с.
Для полета к астероиду с ГПО и возврата на Землю характеристическая скорость порядка 3 км/с.

Sandro> PS: Да, насчёт радио. После изобретения шумоподобных кодов можно передавать при очень низких уровнях сигнал/шум. Даже ниже фонового шума Вселенной. То есть, проблема не в том, удастся ли передать, а в скорости.
Нужно еще навестись. И поддерживать ориентацию все время передачи. Смотри выше об этом.
А главное - потребуется иметь соответствующий приемник, который будет работать все это время.
В результате получается очень дорогое решение.
   64.064.0
RU spam_test #29.12.2018 12:40  @Полл#29.12.2018 12:30
+
-
edit
 

spam_test

аксакал

Полл> А главное - потребуется иметь соответствующий приемник, который будет работать все это время.
А у имеющихся, которые работают с вояджером, какие характеристики, под них и строить космолет? Если уж исходить из итого, что есть?
   70.0.3538.11370.0.3538.113
RU Полл #29.12.2018 12:50  @spam_test#29.12.2018 12:40
+
-
edit
 

Полл

литератор
★★★★★

s.t.> А у имеющихся, которые работают с вояджером, какие характеристики, под них и строить космолет?
Это сеть дальней космической связи НАСА.
Она обеспечивает работу всех межпланетных миссий, это и марсоходы, и АМС на орбитах Марса, Венеры и Луны, и летящие сейчас дальние миссии, включая "Вояджеры".
С обеспечением связи еще одного КА в поясе астероидов эта система конечно справится.
Но если ставится задача запускать подобные КА массово, к примеру, для обследования хотя бы "именных" астероидов, которых на сегодня известно ~19 000, то пропускная возможность "приемника" становится проблемой.
   64.064.0

FILAS

втянувшийся

тема возникла после просмотра данного документа

Честно говоря, до конца еще не осилил.

Просто снизил запросы с межзвездного полета до более реальных. Орды одинаковых зондов исследуют Солнечную систему и окрестности. Запуск, вероятнее всего, с орбиты.
   71.0.3578.9871.0.3578.98
AD Реклама Google — средство выживания форумов :)
+
-
edit
 

Cremalera

новичок
FILAS> тема возникла после просмотра данного документа
FILAS> https://www.nasa.gov/.../roadmap_to_interstellar_flight_tagged.pdf
FILAS> Честно говоря, до конца еще не осилил.
FILAS> Просто снизил запросы с межзвездного полета до более реальных. Орды одинаковых зондов исследуют Солнечную систему и окрестности. Запуск, вероятнее всего, с орбиты.

Почитайте про мильнеровский StarShot

Breakthrough Initiatives

Breakthrough Initiatives The story of humanity is a story of great leaps – out of Africa, across oceans, to the skies and into space. Since Apollo 11’s ‘moonshot’, we have been sending our machines ahead of us – to planets, comets, even interstellar space. But with current rocket propulsion technology, it would take tens or hundreds of millennia to reach our neighboring star system, Alpha Centauri. The stars, it seems, have set strict bounds on human destiny. Until now. In the last decade and a half, rapid technological advances have opened up the possibility of light-powered space travel at a significant fraction of light speed. //  Дальше — breakthroughinitiatives.org
 

Если мы говорим о межпланетниках,то выше про фазированную решетку уже говорили.

Mars Cube One - Wikipedia

Mars Cube One (or MarCO) is a Mars flyby mission that was launched on 5 May 2018 alongside NASA's InSight Mars lander mission. It consists of two nanospacecraft, MarCO-A and MarCO-B, that were able to provide a real-time communications link to Earth for InSight during its entry, descent, and landing (EDL) on 26 November 2018 - when InSight was out of line of sight from the Earth. Both are of the 6U CubeSat format, and the mission is a test of new miniaturized communications and navigation technologies. These are the first CubeSats designed to operate beyond Earth orbit, and aside from telecommunications they also tested CubeSats' endurance in deep space. //  Дальше — en.wikipedia.org
 

Это уже вполне работающая и отработанная вещь.Следующий шаг-Mars Micro Orbiter.
   71.0.3578.9871.0.3578.98

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru