Говорят, в космосе тяжело . Если вы просто швырнете большую трубу, полную топлива и окислителя, на излишки двигателя и зажжете ее, вы сегодня не полетите в космос .

Чтобы почувствовать самую маленькую нишу, которую вы можете иметь и при этом попасть в космос, посмотрите на Rocket Lab в Новой Зеландии. Они потратили последние 10 лет или около того на разработку возможности безопасного полета в космос. Их ракета «Электрон» — одна из самых маленьких когда-либо созданных орбитальных ракет. Он может отправить на орбиту около 150 кг по очень низкой цене в 6 миллионов долларов.

При цене 40 000 долларов за кг это довольно дорого; SpaceX может поднять гораздо больше по цене ниже $ 10 000/кг. Электрон предлагает быстрое время разворота, уникальное место запуска (Новая Зеландия) и низкую общую стоимость запуска. И я с удивлением обнаружил, что он может достичь Луны! В 2019 году планируется запустить 300-килограммовый Moon Express .

У Скотта Мэнли есть хорошее видео на Electron . Если вы хотите получить представление о том, как сложно попасть в космос, я настоятельно рекомендую посмотреть другие его видео о ракетостроении.

Но в то время как 300 кг достаточно для запуска нескольких человек, этого недостаточно для всех их вещей: еды, воды, кислорода, жизнеобеспечения, костюмов, посадочного модуля, корабля, чтобы добраться домой. И вы не можете просто масштабироваться. Вот почему.

Успешная ракета требует решения ряда очень и очень сложных задач в экстремальных условиях. Системы наведения, топливные насосы , конструкции форсунок, утечка топлива, криогеника (жидкий кислород и водород надо держать в замороженном виде), тепловые экраны (хочется вернуться), постановка и так далее.

Тогда для выхода на орбиту нужно не просто подняться на 100 км, это самая легкая часть. Это также требует движения боком на скорости 8 км/с или около 29 000 км/ч. Для этого требуется дельта-v около 10 км/с. Выход на лунную орбиту требует дополнительных 6 км/с. И посадка еще 1,5 км/с.

Дельта-v — это, грубо говоря, мера мощности вашего двигателя и того, как долго он может работать пропорционально массе автомобиля. По мере увеличения массы дельта-v падает. По мере уменьшения массы дельта-v увеличивается. Из-за тирании уравнения ракеты это не линейная зависимость. На каждый добавляемый кг массы приходится добавлять больше топлива, а значит больше массы, а значит больше топлива. Чтобы выйти на низкую околоземную орбиту, требуется около 85% корабля, чтобы быть топливом. Постановка более эффективна, но добавляет осложнений. Чтобы добраться до Луны, требуется еще худшая топливная фракция.

Вот почему доставить на Луну трех человек и 5000 кг их снаряжения было такой колоссальной задачей. Дело было не только в том, что нам нужно было научиться это делать, дело было в том, что масштаб был таким огромным и дорогим. Вот почему мы не вернулись. И поэтому нельзя сделать ракету из лишних деталей и полететь на Луну.

Спасение 1 было телесериалом, запущенным пилотным телевизионным фильмом ( Спасение ) в 1979 году. Я смотрел шоу во время его первоначальной трансляции, наслаждаясь эскапистским весельем, но вполне осознавая, что это чистая фантазия.

Помещение шоу

Гарри Бродерик (Энди Гриффит) — человек, занимающийся спасательным бизнесом, обладающий талантом к экономической эксплуатации того, что другим может показаться хламом. Он видит возможность в восстановлении оборудования НАСА, оставленного на Луне во время программы «Аполлон», и нанимает эксперта по топливу и бывшего астронавта, чтобы они помогли ему построить ракетный корабль для его извлечения.

У эксперта по топливу есть «волшебная» формула чего-то во много раз более мощного, чем то, что использовалось в любой ракете. IIRC на выставке было отклонено НАСА как слишком нестабильное.

У бывшего астронавта есть любимая теория своего рода короткого пути на Луну, которую НАСА отвергло как «чудаковатую» науку.

Сочетание волшебного топлива и короткого маршрута делает возможным создание ракеты с ограниченным бюджетом, которая может спасти то, что НАСА оставило на Луне.

Ракетное горючие

Ракетное топливо Salvage 1 — чистая голливудская фантастика. Книга Джона Д. Кларка "Зажигание!" представляет отчет о поисках человечеством «лучшего» ракетного топлива («лучшее» зависит от качеств, выбранных в качестве наивысшего приоритета). В книге изложены многочисленные направления исследований и разработок и соответствующие результаты. Основываясь на мудрости, раскрытой в этой книге, такого топлива, как показано в сериале, быть не может. Существуют ограничения на количество/плотность энергии, которая может храниться химически. С топливом, приближающимся к этим теоретическим пределам, чрезвычайно трудно обращаться – оно высокотоксично (реагенты и продукты реакции), вызывает коррозию и/или нестабильность – в основном дорого и опасно в производстве и обращении. Более безопасное топливо (обычно используемое) имеет меньшую производительность, но разница не в том,

Короткий путь к Луне

«Ярлык» на Луну демонстрирует непонимание авторами шоу физики школьного уровня. Предпосылка шоу заключается в том, что выход на орбиту первым является дорогостоящим и ненужным упражнением, которого можно избежать, выбрав прямой путь. С точки зрения здравого смысла вы можете подумать, что это правда. Тем не менее, законы физики показывают, что самый дешевый подход состоит в том, чтобы (более или менее) подняться над атмосферой (ну, большей ее частью), затем разогнаться до орбитальной скорости, чтобы не упасть обратно на Землю, и наконец, ускорьтесь еще немного, чтобы выйти на траекторию пересадки к месту назначения. На самом деле эти шаги несколько смешаны вместе, но ключевой момент заключается в том, что для энергоэффективного полета на ракетном двигателе вы можете:

Краткое содержание

Шоу добавило несколько лакомых кусочков «настоящей науки», но по большей части обошел реальную физику и всевозможные проблемы, которые необходимо решить, чтобы отправить полезный груз в космос и иметь дело с космической средой (нулевая гравитация, отсутствие атмосферы). , солнечное/космическое излучение). Это касается как людей, так и оборудования. Шоу также искажало масштаб во многих вещах, включая расстояние до Луны и время, необходимое для ее пересечения, высоту атмосферы и (опять же) время, необходимое для безопасного путешествия между поверхностью Земли и космической средой.

Программа «Аполлон» была дорогостоящей, но она искала «самый дешевый» возможный маршрут к Луне, поскольку траектория требовала наименьшего (или около того) количества топлива, возможного на каждой фазе. Также было выбрано наиболее оптимальное топливо для каждой задачи.

• Чтобы оторвать от земли то, что оказалось действительно массивной ракетой, потребовалась огромная тяга; РП-1 (очищенный керосин) и жидкий кислород оказались лучшим выбором в этой роли для химической ракеты (используемой на первой ступени Сатурн-5).
• Выход на орбитальную/перелетную скорость требует высокого удельного импульса — для химической ракеты это означает жидкий водород и жидкий кислород (вторая и третья ступени «Сатурн-5»).
• После нескольких дней пребывания в космосе (от побережья до лунной орбиты) важное значение приобретает возможность хранения, а поскольку экипаж уже не подлежит практическому спасению, серьезной проблемой также является надежность, поэтому используются гиперголические топлива, несмотря на меньший удельный импульс (Аполлон КСМ и ЛМ).

Что сделало Аполлон дорогим, так это частично то, что космос труден, а частично то, что мандат Кеннеди на полет на Луну был связан с агрессивными временными рамками. SpaceX показывает, что доступ к космосу может быть менее затратным, но вы можете только зайти так далеко.

Вот лишь несколько вещей, которые делают ракетную технику и космические путешествия дорогими:

• Вес имеет решающее значение, и все складывается. Детали и материалы должны быть легкими, но при этом достаточно прочными, чтобы выполнять необходимую работу.
• Места для дефектов мало или нет. Уменьшение веса означает, что вы оставляете мало места для материалов, которые не соответствуют техническим характеристикам. - все должно быть качественно, чтобы что-то важное не сломалось и не испортило вам день. И вообще, поскольку вам нужно снизить вес, у вас есть только то, что вам нужно, так что нет ничего неважного.
• Материалы, используемые в деталях двигателя - камерах сгорания, лопатках турбины топливного насоса и т. д., должны выдерживать одновременно высокие температуры и нагрузки и должны иметь строгие допуски. Материалы и производственные процессы для достижения этого недешевы.
• Системы должны работать в невесомости. Изучение того, как жидкости движутся в отсутствие гравитации, может оказаться настоящим трюком.
• Системы должны работать в вакууме. В отсутствие воздуха движущиеся части могут свариться друг с другом в вакууме. Подшипники и т. д. должны быть спроектированы и изготовлены для работы в вакууме.
• Вы должны взять с собой все, что вам понадобится. Это может привести к длинному списку, большому количеству расходных материалов, таких как воздух и вода, и увеличить массовый бюджет.

Да, вы можете сделать дешевую ракету, но дешевая ракета не доставит вас в космос. Чтобы добраться до «дешевизны», вы должны пожертвовать важными вещами. Он может быть слишком хрупким и сломаться; это может быть слишком тяжело и не уведет вас очень далеко; он может нести недостаточно топлива и, опять же, не унесет вас далеко; это может быть слишком неэффективно (низкий уровень интернет-провайдера) и недостаточно быстро; вещи могут не работать, когда это необходимо, потому что они не были должным образом разработаны или протестированы для среды, в которой они находятся, когда это необходимо.