[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
AD Реклама Google — средство выживания форумов :)

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

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