Пандусы сбежавшего звездолета

Этот вопрос частично является ответвлением некоторых моментов, которые были подняты в другом недавнем вопросе Worldbuilding о межзвездных космических путешествиях.

Пандусы для беглых грузовиков

Я живу в Колорадо, и на нисходящих склонах многих наших горных дорог высокого качества есть пандусы для грузовиков. Идея состоит в том, что если вы едете на полуприцепе, и у вас отказали тормоза, и вы разгоняетесь до неразумных скоростей, когда вы швыряетесь вниз с горы, вы можете отклониться к рампе сбежавшего грузовика, потерять часть скорости, двигаясь в гору или по полосе с высоким коэффициентом трения. мягкий песок, а если вы еще не на остановке в конце, то можете врезаться в длинную очередь мусорных баков, полных воды, которые там расставлены.

Межзвездное путешествие Canonical Hard Science

Теперь вернемся к звездолетам. Общепринятый план проектирования межзвездного космического корабля, который соответствует законам физики, состоит в том, чтобы корабль, состоящий в основном из топлива и двигателей, разгонялся до крейсерской скорости с ускорением 1G, некоторое время крейсерского полета, а затем разворачивался и замедлялся с ускорением 1G. что вы двигаетесь с очень низкой управляемой скоростью, когда достигаете пункта назначения.

В предыдущем сообщении на этом форуме было рассмотрено несколько идей по обработке фазы торможения в космическом путешествии, но в основном были только поверхностные ответы, и ни один из них не касался вопросов, представленных в этом вопросе.

Целевая крейсерская скорость на границах того, что кажется инженерным пределом в среднесрочной перспективе, обычно составляет порядка 0,1с (т. е. 18 600 миль в секунду), хотя, если вам нужно больше груза и жилого пространства, а также меньше топлива, вы всегда можете уменьшите предполагаемую крейсерскую скорость, а точная крейсерская скорость на самом деле не имеет значения для этого вопроса.

Другая часть общепринятого плана проектирования заключается в том, что в период времени, начинающийся, когда вы идете очень быстро, и заканчивающийся примерно в то время, когда вы достигаете пункта назначения, вы не хотите сталкиваться с чем-либо, что может пробить или уничтожить ваш корабль, и обычно , мы просто предполагаем, что это каким-то образом выясняется (поскольку это довольно сложный вопрос и требует большого количества труднодоступной информации о том, сколько вещества находится в межзвездном пространстве, которое необходимо знать с достаточной точностью).

В этом случае вы можете предположить, что наш звездолет построен из самых прочных строительных материалов, которые существуют или достоверно выдвинуты гипотезы, которые могут быть изготовлены в масштабе звездолета.

Это все хорошо и хорошо.

Что может пойти не так?

Но мистер Мерфи вездесущ, и не всегда все идет по плану.

Может быть, вам пришлось бороздить межзвездный газ на пути к своей крейсерской скорости только для того, чтобы с ужасом осознать, что в результате вы израсходовали больше половины своего топлива к тому моменту, когда вы набрали свою крейсерскую скорость.

Или, может быть, вы забыли учесть дополнительное ускорение гравитационного выстрела, которое вы получили на фазе ускорения, поэтому вы продолжали ускоряться, пока не израсходовали половину своего топлива и не достигли крейсерской скорости, которая выше, чем у вас достаточно топлива для замедления.

Или, возможно, какие-то микрометеороиды проделали крошечные дырочки в ваших топливных баках, и через двадцать лет вашего путешествия, когда пришло время снова начать замедляться, вы, к своему ужасу, обнаруживаете, что 7% топлива, которое вы должны были оставить для замедления с просачивался из этих дыр в течение последних двадцати лет.

Или, может быть, когда вы заказали 50 000 000 тонн топливных баков у идиота-маркетолога из Чикаго, он сказал инженерам, что вам нужно 50 000 000 коротких тонн (907,185 кг каждый), а не 50 000 000 метрических тонн (1000 кг каждый), и никто не понял проблемы, пока фаза разгона поездки закончилась, и вы двигались с крейсерской скоростью. (Не так нереально, как кажется. Реальная катастрофа НАСА была вызвана ошибкой английской системы и метрической системы.)

Придумывайте свои сценарии. Суть в том, что всякое дерьмо случается, и у вас не хватает топлива, чтобы полностью замедлить скорость, когда вам это нужно.

Человеческий фактор, который необходимо учитывать

Поскольку научно-исследовательский межзвездный корабль — это путешествие в один конец, и вам нужно восстановить цивилизацию, когда вы прибудете, на вашем корабле будет более 100 000 пассажиров, мужчин и женщин всех возрастов, от младенцев до стариков, в то время, когда вам нужно начать замедляться. .

Теперь, хотя было бы оптимально комфортно замедляться при 9,8 ньютонах (ньютон равен одному метру в секунду в квадрате для одного килограмма), что также известно как 1 g, никто не будет страдать от долгосрочных побочных эффектов, если вы сделаете это при 15 ньютонах. /кг на некоторое время время от времени.

Но при 50 ньютонах/кг люди начинают терять сознание, а ослабленные люди могут получить телесные повреждения. При нагрузке в 100 ньютонов/кг ваши самые сильные люди, сидящие на специализированных стульях с надлежащими подушками, изо всех сил стараются оставаться в сознании и избегать травм. При 1000 ньютонов/кг почти все ваши пассажиры мертвы, а выжившие будут серьезно ранены, и о них некому будет позаботиться, и у них не будет достаточно критической массы для построения общества, способного удовлетворить свои основные потребности, когда ты приезжаешь.

Таким образом, вы не можете замедлиться слишком быстро, и у вас есть довольно узкое окно приемлемых решений.

Пандусы сбежавшего звездолета

Но еще не все потеряно.

Вспомните наши пандусы для безудержных грузовиков. В то время как нет полной замены топлива, когда дело доходит до ускорения (хотя гравитационные ускорения могут немного помочь), вселенная полна вещей, которые замедлят вас, если вы врежетесь в нее — межзвездный газ, газовый гигант и планета земной группы и лунные атмосферы, космическую пыль, большие и малые метеороиды, астероиды, океаны и твердую почву на планетах земной группы, например, с помощью литоторможения .

Подходы к гравитационным полям больших объектов, таких как звезды и планеты, под оптимальными углами также могут замедлить вас , так же как другие подходы могут ускорить вас.

Таким образом, хитрость заключается в том, чтобы рассмотреть, во что вы можете врезаться на разных скоростях, чтобы уменьшить скорость вашего звездолета, не разрушая его и не вызывая замедления более чем на 50 ньютонов/кг в любой момент, если вы можете с этим поделать.

Я также могу представить некоторые дополнительные стратегии, которые могли бы помочь.

Моя интуиция подсказывает, что чем более рассеянным и менее жестким является объект, на который вы воздействуете, тем мягче будет удар и тем больше вероятность того, что ваш корабль не будет разрушен при ударе. Итак, вы можете использовать лазеры или ракеты, чтобы разбивать объекты на пути вашего корабля, чтобы смягчить удар.

Кроме того, первоочередной задачей в этой ситуации является спасение людей и необходимого груза на борту. Ближе к концу полета часть корабля можно пожертвовать, чтобы сделать абляционные барьеры для защиты корабля, который разрушается при столкновении с космическим мусором.

Бюджетное космическое путешествие: сценарий запланированного крушения

Наконец, я изначально задал этот вопрос как решение незапланированной проблемы.

Но предположим, что у вас есть хорошо развитые человеческие колонии с передовыми технологиями в пункте назначения. В какой степени вы можете ограничить свои потребности в топливе, преднамеренно заставив людей в пункте назначения установить оптимальную «аварийную рампу» в глубоком космосе для вашего корабля, и как будет выглядеть эта аварийная рампа.

Мои вопросы

Итак, мои вопросы таковы:

Конечно, в какой-то момент, если у вас будет достаточно топлива, чтобы двигаться достаточно медленно, стратегия убегающего космического корабля для космических кораблей может сработать.

Но как медленно вы должны получить? Какие цели столкновения и подходы к гравитационному торможению лучше всего подходят для каких частей контролируемого столкновения? Реалистично ли думать, что «убегающие рампы звездолетов» могут обеспечить сколько-нибудь значимую долю необходимого замедления, не убивая большинство пассажиров?

Какие цели и подходы к гравитационному торможению наиболее целесообразны в сценарии незапланированной аварии?

Что бы вы сделали по-другому, если бы технологически продвинутые колонисты в пункте назначения построили аварийную рампу в глубоком космосе в соответствии с вашими требованиями рядом с пунктом назначения?