Как высокая гравитация может помешать разумным видам в исследовании космоса? [закрыто]

Это мнение появилось некоторое время назад, когда я искал пригодные для жизни экзопланеты и обнаружил, что большинство обнаруженных потенциально обитаемых экзопланет представляют собой суперземли массой 3-4 Земли.

Затем меня осенило: возможно ли, что существует бесчисленное множество инопланетных цивилизаций, но большинство из них отказались от исследования космоса из-за слишком сильной гравитации?

Я имею в виду, посмотрите на нас: большая часть веса, которую несут наши ракеты для отправки основных спутников в космос, — это собственное топливо. Насколько сложнее было бы отправить ракету в космос на живом мире с 4G? Будет ли это вообще технически достижимо или экономически целесообразно? Что, если эти инопланетные цивилизации просто отказались от исследования космоса, потому что это слишком сложно? Если бы я был лучше в математике, я, вероятно, мог бы придумать формулу, подобную уравнению Дрейка, чтобы смоделировать, сколько времени понадобится жизни, чтобы развиться до стадии космической способности в живом мире, с гравитацией в качестве одной из независимых переменных.

В любом случае, что еще может гравитация повлиять на технологический прогресс цивилизации, чтобы она стала космической? (Я знаю, что задаю здесь широкий вопрос и не ищу однозначных ответов, и лучшим ответом будет тот, который поможет мне прояснить этот ход мыслей и/или даст мне новые идеи.)

Значит, лучший ответ тот, который лучше всего соответствует вашим личным мыслям? Я думаю, что это определение «основанного на мнении». Вы попали в точку, потому что оторваться от земли сложнее (при условии, что их технический уровень похож на наш в 50-х годах).
@AndreiROM, лол, «совпадение с моими личными мыслями» требует, чтобы у меня были «личные мысли» по предметам для начала, что бы это ни было.
Может я не самым лучшим образом выразился. Позвольте мне процитировать вас: «лучшим ответом будет тот, который поможет мне прояснить этот ход мыслей» <- так что мы просто продолжаем болтать, пока вы не будете счастливы? Откуда мы знаем, когда это? Ваш вопрос не дает реального способа определить, каким может быть лучший (или даже хороший) ответ. Ака мнение основано.
Я думаю, что должен согласиться с AndreasROM.
Просто избавьтесь от скобок и конца, и это совершенно по теме
Сможет ли кто-то запустить ракету из мира 4G, кажется вполне поддающимся вычислению без каких-либо мнений.

Ответы (6)

Вы обнаружите, что вам нужно все больше и больше экзотических видов топлива по мере того, как вы смотрите на более высокие уровни гравитации.

Топливо оценивается по ISP: удельный импульс. Удельный импульс — это количество импульса, которое вы генерируете на килограмм массы топлива. Обычно он выражается в единицах Нс/кг (за исключением английских единиц, где он измеряется в секундах...). В Википедии есть их список , из которого мы можем выбрать несколько примеров:

  • LOX+H2 (жидкий кислород и водород) - 3816 Нс/кг
  • LOX+RP1 (жидкий кислород и керосин) - 2941 Нс/кг
  • N2O4+N2H4 (закись азота и гидразин) - 2862 Нс/кг

Этот список относится к жидкому топливу, ISP для твердых ускорителей обычно составляет около 2400 н.с./кг .

Скорость убегания пропорциональна квадратному корню из массы планеты. Это означает, что ваша планета с гравитацией 4G на поверхности потребует, чтобы транспортные средства разгонялись до удвоенной скорости, чтобы покинуть ее. Как вы заметили, выгоды от использования экзотических химикатов в качестве топлива для вашей ракеты были ограничены. Плюсы были, но не более того. Это означает, что единственный реальный способ увеличить скорость — это увеличить запас топлива. Переход на более экзотические виды топлива просто не поможет (и поверьте мне, гидразин экзотичен ) .

Для этого есть уравнение, известное как уравнение ракеты Циолковского :

Δ в знак равно я с п л н ( м 0 м ф )

Где м 0 - сухая масса ракеты после маневра и м ф - влажная масса перед маневром. Мы можем использовать это, чтобы выяснить, что это делает с массой нашего топлива, переставив влажную массу:

м ф знак равно м 0 е Δ в я с п
Если мы затем определим Δ в ′ чтобы быть новой скоростью убегания, которая нам нужна ( Δ в ′ знак равно 2 Δ в ) и м ф ′ чтобы быть новой влажной массой, необходимой для достижения космической скорости, мы можем узнать, насколько больше влажной массы нам нужно, чтобы выполнить эту работу:
м ф ′ знак равно м 0 е Δ в ′ я с п
м ф ′ м ф знак равно е Δ в ′ я с п е Δ в я с п
м ф ′ м ф знак равно е Δ в ′ я с п − Δ в я с п
м ф ′ м ф знак равно е Δ в я с п

Поскольку мы сравниваем с земным притяжением, где Δ в поскольку скорость убегания составляет 11200 м/с, а при использовании ракет, максимальное значение ISP которых составляет около 3000 Н-с/кг (что, если провести анализ размеров, идентично 3000 м/с, вы получите отношение 41,8! Это означает достижение Для космической скорости требуется в 41,8 раза больше топлива, чем на Земле!

Это не то, что говорит ваша математика. Mf — это конечная масса (т.е. только ваша полезная нагрузка), а M0 — начальная масса (полезная нагрузка + топливо). Как оказалось, ваша математика во второй дроби была неправильной (простые числа должны располагаться по диагонали друг напротив друга, а не на одном уровне для Mf), но была написана, если вы переименуете Mf в M0 с этого момента вперед. То, что на самом деле говорит ваше уравнение (если вы инвертируете Mf'/Mf), заключается в том, что для заданной начальной массы (полезная нагрузка + влажная масса) полезная нагрузка может быть в 41,8 раза массивнее на Земле, чем на другой планете.
Все больше и больше экзотических видов топлива?! Среди вещей, которые разумно использовать, LH2 + LO2 является наиболее энергичным! Если LH2 + LO2 не могут вывести вас на орбиту, вам придется делать что-то кроме химических ракет.
Наиболее энергичное топливо — это LH2 + LF2, но оно менее чем на 10% лучше, LF2 — это проблема, ищущая место, а выхлоп — кислотный HF — невероятно неприятный.

Безусловно, в то время как плотность атмосферы оказала бы очень сильное влияние на развитие космических полетов, гравитация сама по себе замедлила бы или даже предотвратила бы любое развитие, если бы она была достаточно сильной.

Кроме того, повышенная гравитация часто совпадает с повышенной плотностью атмосферы, что увеличивает сопротивление космического корабля и заставляет сжигать еще больше топлива. Это топливо весит больше благодаря гравитации, а значит, сжигается еще больше. Вероятно, существует точка отсечки, где гравитация достаточно сильна, чтобы ни одна обычная ракета не могла надеяться на побег.

Космические полеты, которые действительно развивались в таком мире, были бы первым кандидатом на какое-то дивергентное развитие. Повышенная плотность атмосферы может быть использована, чтобы сделать космические самолеты более жизнеспособными, если бы я писал о космической гонке с такой планеты, я бы заставил их широко использовать космические самолеты и цеппелины, последние из которых ошеломляюще эффективны даже на Земле.

Я предлагаю провести некоторое исследование предельной скорости и способов уменьшения сопротивления в самолетах и ​​посмотреть, насколько правдоподобно космоплан, совершающий побег или орбитальную скорость в верхних слоях атмосферы. Если все выглядит многообещающе, то вот ваш ответ.

Ваша самая большая проблема на самом деле заключается в топливе . При более высокой гравитации ракете нужно будет сжигать больше топлива, а значит, меньше ракет. Они по-прежнему смогут отправиться в космос, но вряд ли будут тратить время на колонизацию планет и, скорее всего, будут использовать это ценное космическое время для более продуктивных вещей, таких как размещение спутников.

Вот несколько моментов, которые могут помочь.

  1. Они могут разработать космический полет позже, когда у них будет более высокий уровень технологий, например, лучшая миниатюризация.
  2. Лучшее топливо, как уже упоминалось.
  3. Больше топлива, меньше полезной нагрузки. Возможно, для них технология решетки из углеродных нанотрубок была бы единственным способом получить материалы, достаточно прочные, чтобы сделать ракеты достаточно большими, чтобы вместить необходимое топливо, даже если оно дороже. Кроме того, возможно, они запустят больше роботизированных полезных нагрузок, поскольку они могут быть меньше. Представьте себе ракету «Аполлон» с полезной нагрузкой размером с грейпфрут. Это, конечно, сделало бы их «космические путешествия» замещающими.
  4. Как только они покинут планету, им, возможно, придется полагаться на альтернативные способы доставки населения в космос (при условии, что вы этого хотите). Например, может быть, только один или два ученых отправляются в космос, но они несут с собой тысячи яйцеклеток и сперматозоидов (при условии, что они даже размножаются таким образом) и выращивают или клонируют популяцию.
  5. Часть эффекта может быть смягчена более быстрым вращением. Космические аппараты получают помощь при запуске вблизи экватора. Я ничего не рассчитывал, так что это может мало что добавить.

У меня было еще несколько идей, но я забыл их, пока печатал.

В любом случае, у меня нет проблем с «мнением, основанным на мнении», поэтому я надеюсь, что то, что я напечатал, дало вам некоторые идеи для размышления. Удачи.

Уравнение ракеты жестоко, не требуется мир намного больше Земли, прежде чем химические ракеты просто не смогут этого сделать. Однако это не означает, что они навсегда останутся на планете.

Ядерные тепловые ракеты могут приблизиться к удвоению ISP химических ракет, что позволяет запускать с удвоенной силой тяжести.

Есть также версия ядерного теплового реактора с газовым сердечником — ваш реактор состоит из газообразного урана, а не твердого. Это более чем удваивает то, что вы можете получить от ядерных термиков, опять же, это удваивает скорость, которую вы можете достичь. Однако из-за довольно узких рабочих ограничений ядерного реактора эта конструкция кажется ужасно страшной!

Теперь мы в грязных двигателях:

Ядерная тепловая ракета открытого цикла - вы поддерживаете цепную реакцию в газообразном уране (вероятно, UF6, чтобы упростить обращение), это в 2-6 раз больше ISP по сравнению с двигателем замкнутого цикла, поскольку вам не нужно его содержать. Тем не менее, использованное вами топливо становится вашим выхлопом, вредным для окружающей среды, и экипаж также получает значительную дозу.

Орион начинается в середине этого диапазона. Опять же, ваш выхлоп горячий. Большие ракеты имеют лучшую производительность, если они достаточно большие, вы можете использовать усиленные бомбы и еще больше повысить свой интернет-провайдер. Я не могу найти никаких оценок радиационного облучения экипажа, но, учитывая цифры для ядерной газовой ракеты открытого цикла, я нахожу это тревожным.

Наконец, есть неракетные подходы:

Во-первых, цикл запуска. Вы строите две станции на расстоянии тысяч миль друг от друга, но на одной широте. Они бросают железные прутья туда и обратно. Стержни никогда не останавливаются, когда станция ловит их, они раскручиваются огромным магнитом и отбрасываются назад, сохраняя свою скорость. Обратите внимание, что стержни преследуют друг друга настолько близко, насколько это возможно, каждый из них будет двигаться позади предыдущего, сопротивление воздуха совсем не похоже на то, что вы ожидаете.

Как только эти стержни летают туда-сюда, вы строите на них рельсы — представьте себе поезд на магнитной подвеске, но перевернутый, рельсы левитируют на стержнях, а не наоборот. Конечно, это оказывает нисходящее усилие на стержни, но этому противодействует их ускорение. Цель здесь состоит в том, чтобы получить хороший кусок трека в основном из атмосферы. Затем вы можете установить на него линейный двигатель, ваш космический корабль поднимается по трассе с разумной атмосферной скоростью, как только он покидает атмосферу, он достигает трассы высокой мощности и выводится на орбиту. Гусеница должна быть достаточно массивной, чтобы выдерживать отдачу и не выходить из строя.

Огромный, дорогой и, поскольку он развалится, если какая-либо из активных систем выйдет из строя, это будет опасно. Тем не менее, ISP бесконечен, так как ресурсы крафта не используются для повышения.

Наконец, решение, которое делает цикл запуска похожим на детскую игрушку:

Постройте трассу на магнитной подвеске вокруг экватора. Постройте поезд на трассе с магнитной подвеской сверху и снизу. Превратите путь в эвакуированный туннель и разгоните поезд до скорости выше орбитальной. Теперь он воздействует на гусеницу восходящей силой, которая может противодействовать массе системы. Построй выше, построй еще один поезд. Каждый поезд поддерживает массу секции под ним, поэтому обычные ограничения высоты, которую вы можете построить, не применяются — вы можете строить из атмосферы, а затем прибегать к линейным двигателям, чтобы толкать свой космический корабль.

Хотя это динамическая система, которая рушится, если перестает двигаться, я не думаю, что это так опасно, пока вы используете сверхпроводники, в краткосрочной перспективе они автономны. Если питание отключится, он будет продолжать работать, пока магниты не погаснут.

Ни одна из этих систем не может быть разумно построена в обществе, где есть террористы или сумасшедшие, склонные к эффектным самоубийствам.

Этот ответ имеет больше смысла, чем все остальные, и мне интересно, почему что-то подобное в настоящее время не делается на Земле, где эту технологию было бы гораздо проще внедрить.
Предположительно потому, что построить поезд на магнитной подвеске поверх другого поезда на магнитной подвеске во время движения практически невозможно, не говоря уже об отсутствии сверхпроводника, необходимого для его питания. Кроме того, я сомневаюсь, что такая конструкция сможет выдержать собственный вес.
@SpaceOstrich Вы неправильно понимаете геометрию. Ни один поезд не находится над другим поездом. Пути уложены вертикально, но сегодня это не более сложно, чем двухъярусный мост. И если поезда движутся достаточно быстро и достаточно массивны, это сработает. Это мегаинженерия , но, безусловно, возможна. Теперь у нас есть сверхпроводники — святой Грааль — это те, которые не нуждаются в экстремальном охлаждении для работы, но если вы достаточно охладите их, то появится множество материалов, из которых можно их построить.
Я использовал поезд взаимозаменяемо с поездом. В любом случае суть остается. Построить магнитный рельс поверх движущегося поезда, а затем построить поезд на этом пути, все время в движении, невозможно.
@SpaceOstrich Вы неправильно понимаете - рельсы наверху - это потому, что поезд будет двигаться со скоростью выше орбитальной - он будет толкать вверх, а не вниз.
А, я понял. Я гарантирую, что это не сработает. Так много вещей может сломаться, что даже для того, чтобы разогнать его до орбитальной скорости, вам придется столкнуться с тоннами лобового сопротивления, а также с нагрузкой, которой будут подвергаться гусеницы.
@SpaceOstrich Тонна сопротивления? Какую часть "эвакуированного туннеля" вы пропустили?
Если вы можете построить туннель с вакуумом на всем пути до орбиты, вы уже давно прошли тот момент, когда вам нужно построить такую ​​​​структуру.

Если гравитация была достаточно высокой, чтобы сделать отрыв от земли неэкономичным, но космический полет — это то, чего хочет ваш вид, они могут опробовать методы, которые уже описали авторы научной фантастики, чтобы стартовать с большей высоты.

Эффект гравитации тем меньше, чем дальше вы находитесь от центра масс — старт с горы потребует немного меньше топлива, чем старт с уровня моря. Однако гораздо более актуально: запуск с самолета (который может использовать более высокую плотность атмосферы для более легкого подъема массы вашей ракеты) или дирижабля, вероятно, снизит высокую перегрузку, достаточную для того, чтобы сделать космический полет осуществимым.

Более того, некоторые говорят, что даже здесь, на земле, было бы эффективнее начать так, но поскольку у нас есть работающая наземная система, а новые методы сопряжены с риском и затратами на разработку, мы вряд ли будем пробовать это в ближайшее время. Таким образом, цивилизация с высокой перегрузкой может после более медленного старта на самом деле быть в состоянии развиваться быстрее, потому что у них есть два вектора, по которым можно применять улучшения (лучшие дирижабли могут дать им более высокую начальную точку, может быть, заставить дирижабль двигаться все быстрее и быстрее с помощью вращение Земли для некоторой дополнительной скорости, означающей, что от ракеты требуется еще меньше дельта-V, и, конечно, от самой ракеты и ее топлива).

Как высокая гравитация может помешать разумным видам в исследовании космоса? [закрыто]
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v