|
citace:
citace:
- manévr Earth Departure bude proveden v perigeu velmi vysoké eliptické dráhy (nebo případně v některém z libračních bodů soustavy Země-Slunce) takže potřebné delta V pro odlet bude dosti malé
-
Co vlastne presne znamena pojem "vysoka elipticka draha"?
Mno, do určité míry např. dráha po které létají ruské telekomunikační družice Molnija - ale pokud možno ještě dalko výstřednější.
Před časem tady můj první projekt setkání posádky s planetoletem na velmi vysoké (kruhové) dráze vedl k diskuzi, ze které vyplnulo, že těleso na eliptické dráze má stejnou potenciální energii jako těleso na dráze o poloměru rovném poloměru delší poloosy (jestli si to pamatuju správně... asi by to šlo spočítat, ale já jsem prostě spíš programátor než matematik... já bych to tak dlouho debugoval metodou pokus/omyl, až by to lítalo správně... :-)
Kromě toho ze zdejší diskuze dále vyplynulo, že stejná doba zážehu motoru o stejném tahu a stejném Isp (tedy, spotřebuje se stejné množství paliva) vede k získání daleko většího delta-v, pokud zážeh provedeme v pericentru elipsy. Mám jistý intuitivní model, díky kterému je pro mě tahle skutečnost pochopitelná, ale nebudu to tady rozvádět, protože nechci být obviněn z kacířství :-) a zvláště ne někým, kdo tomu třeba jak doopravdy rozumí, tak i umí počítat :-)
Takže "hromadit" před odletem k Marsu energii - v podstatě roztáčet jakýsi nehmotný "planetární orbitální prak" je výhodnější při odletu po elipse - alespoň pokud se při rozhodujícín manévru nechceme spoléhat na jediný známý pohon, pro který to neplatí, a to je sluneční plachta.
Pokud se chceme najisto rozhodnotut, že TEĎ - při tomhle jednom konkrétním obletu Země - odlétáme k Marsu, a nejsme spokojeni s nějakým postupným šolicháním po stále vyšších a vyšších spirálách, tak
je nejlepší způsob jak to udělat zažehnout nějaký reaktivní motor s rozumným tahem (ne iontový), a výstředná (neboli vysoká) eliptická dráha řešení, které nám to umožní udělat s vynaložením relativně nejmenšího množství energie - a tedy i s nejmenší spotřebou paliva.
Jinak samozřejmě s alternativním koncepty jsem obeznámen - ať už je to poměrně geniální nukleární pohon s třemi režimy provozu (v jednom módu se dodatečně "přihřívají" spaliny běžného kyslíkovodíkového motoru, což vede k velmi vysokému tahu, a relativně nízkému Isp, v druhém má motor nízký tah a vysoké Isp, a třetí mód je "standby" - reaktor pouze vyrábí elektrický proud pro posádku), a nebo obdobný koncept "VASIMR" (opět motor s měnitelným tahem i Isp, i když oboje o několik řádů jinde, povahou spíše blízko k iontovému pohonu).
Jsou to všechno zajímavé koncepce - ale já bych je nejdřív pořádně otestoval - např. na bezpilotních sondách k Jupiteru a dále do sluneční soustavy, než bych tomu svěřil lidské životy. Respektive i když je možné, že nakonec zvítězí koncepce nějaké jaderně poháněné megalodi, tak mě se prostě subjektivně líbí kombinace solární plachty, klasických kapalinových motorů (proč ne trvanlivá kombinace metan+kyslík, jak se navrhuje u CEV...) a obratné navigaci (např. s urychlením při průletu kolem Venuše - ta tím paradoxně získá prvenství co se týče první cizí planety, kterou lidé uvidí na vlastní oči zblízka...).
A i pokud se plachta ukáže jako nepoužitelná, tak si pořád myslím, že kombinace v praxi prověřených iontových motorů na solární pohon a v praxi prověřených kapalinových motorů je pro pilotovanou misi vhodnější, než nějaké velké experimenty... hmotnost solárních panelů přitom podle mě vyjde menší než u jaderného reaktoru, ale pořád výrazně větší než hmotnost solární plachty. |
|
xChaosův scénář mi připadá zajímavý a nadějný. Možná je hmotnostně a cenově trochu moc optimistický, ale principiálně by to fungovat mělo.
Pokusím se časem přesněji odhadnout potřebné delta-V a hmotnosti, ale teď alespoň pár předběžných poznámek:
- v xChaosově návrhu vidím dvě hlavní inovace (i když i ty se v různých jiných návrzích už taky vyskytly)
--- 1. využití silně výstředných eliptických drah
--- 2. u Země stoupání pohonem s vysokým Isp
- věřím, že pojmem "vysoká eliptická dráha" xChaos myslí velmi výstřednou eliptickou dráhu s nízkým pericentrem a vysokým apocentrem
- z hlediska celkového delta-V je taková dráha mnohem výhodnější, než vysoká kruhová dráha (pro odlet i přílet)
- z dráhy 200 x 200000 km u Země by snad mělo stačit delta-V řádově 500 m/s pro odlet k Marsu
- podobně by mělo stačit řádově 500 m/s pro zachycení na výstřednou eliptickou dráhu u Marsu (a dalších 500 m/s i pro odlet k Zemi)
- problém je trochu s marsovským výsadkovým modulem (MEM), který by musel při startu z Marsu dosáhnout dV kolem 5000 m/s (oproti cca 4000 m/s při startu jen na nízkou dráhu)
- MEM by tedy pro start (v jednostupňové verzi a Isp = 3100 Ns/kg) potřeboval palivo o hmotnosti řádově 4x mk (čtyřikrát konečná hmotnost)
- při mk = 5 tun vychází startovací hmotnost cca 25 tun (z povrchu Marsu)
- na přistávací část musíme počítat nejméně 10 až 15 tun (tepelný štít, padáky, přistávací motor, náklad, konstrukce)
- jeden MEM mi tedy vychází nejméně na 35 tun (spíš 40 tun [s malou rezervou])
- počítejme dále se standardní kabinou proponovaného CEVu o hmotnosti cca 10 tun
- potřebné zásoby odhaduju zatím (s rezervou) cca 5 kg na osobu a den
- zásoby pro přelet k Zemi tedy vychází na cca 4 tuny
- kabina CEV + zásoby + zbytek MEM + rezerva = nejméně cca 20 tun => palivo nejméně 4 tuny (500 m/s, Isp = 3100 Ns/kg)
- na dráze kolem Marsu čeká na MEMy zhruba 2 x 20 tun (bez zbytků MEMů)
- při příletu k Marsu je třeba ubrzdit nejméně cca 120 tun (dva úplné MEMy + věci na návrat) => cca 25 tun paliva (500 m/s, Isp = 3100 Ns/kg)
- při odletu k Marsu (z eliptické dráhy od Země) "tlačíme" cca 150 tun => cca 20 tun LOX/LH2 (500 m/s, Isp = 4400 Ns/kg)
- na tu "vysokou eliptickou dráhu" bychom tedy museli dostat cca 170 tun nákladu, tedy cca 200 tun na LEO (snad by 30 tun pohonu s vysokým Isp k tomu stačilo [teoreticky by to mělo vyjít])
- mise je dost "spartánská" ale solidně zálohovaná
- takováto jednorázová "mise na Mars" by tedy teoreticky mohla stát cca tolik, jako dva standardní lety na Měsíc (podle RTTM)
- uvažoval jsem dost konzervativní pohon (Isp cca 3100 Ns/kg)
- s kyslíkometanovými pohony by to mohlo vyjít o něco lépe, pokud by se navíc tankovalo na Marsu, tak asi ještě lépe (i když kdo ví, kolik by zabrala "výrobna paliva")
Odhaduju tedy, že využitím stoupání u Země pomocí pohonu s vysokým Isp můžeme ušetřit cca 150 tun LOX/LH2 paliva (v našem případě). Problémy s pohonem s vysokým Isp ovšem jistě taky budou solidní. Využití eliptické dráhy u Marsu snad taky něco ušetří, ale nejsem zatím schopen odhadnout kolik. Podle mého názoru ale má cenu mít xChaosovo koncept na paměti a porovnat ho později s návrhem NASA nebo jiné agentury. Omlouvám se za délku příspěvku.
[Upraveno 24.10.2005 poslal ales] |
|
Díky za dopočítání konkrétních čísel.
Jen podotýkám, že jsem v prvním textu výslovně zmiňoval, že u MRM (Mars Return Module - poslední stupeň MEM) se předpokládá hmotnost někde okolo jedné tuny. Poveze opravdu jen 4 kosmonauty ve skafandrech - a víc nic, žádné zvláštní zásoby kyslíku, paliva, žádný tepelný štít, nic. Dokonce i nasbírané vzorky budou naloženy v záložním MRM (a pokud první MRM selže, tak holt půjdou přes palubu - jako náklady balónů ve Verneovkách...). A MRM může navíc po startu odhodit přes palubu prázdné palivové nádrže, a v pozdější fázi letu (v případě nejvyšší nouze) i nadbytečné raketové motory (podobně jako raketa Atlas - alternativa k vícestupňové koncepci... asi by se s tím ale počítalo jen třeba v případě havarijní situace..pravděpodobnější mě ale připadá odhazování nádrží - a u planety s třetinovou gravitací by měl k odletu stačit pro stejnou hmotnost paliva daleko menší tah motorů...).
Pokud se samotná kabina (v téhle fázi skutečně už jen prázdná plechovka s několika poklopy a přechodovým uzlem) vejde do 1t, tak by se suchý urychlovací stupeň (ascent stage)s motorem mohl vejít do druhé tuny, a celý MRM s palivem by se tak pohyboval kolem daleko příznivějších 10t (konstrukční číslo 1:5 - velmi konzervativní/robustní!). Celková hmotnost před přistáním by se tak mohla nacpat i do 20t (už dříve jsem jinde psal, že Mars je díky atmosféře v podstatě "jednodušší" na přistání než Měsíci. Pro planetu o stejné přitažlivosti ale zato zcela bez atmosféry by konstrukce výsadkového modulu byla daleko větší problém...). Kromě toho taky třeba zkonstruovat brzdící tepelný štít pro něco víc než 20t mě přijde dost problematické...
Dalším argumentem pro ultralehký MRM je jeho použití jako přídavného obytného prostoru i pro cestu zpět na Zemi - na rozdíl od návratové kabiny LM Apolla by bylo plýtvání ho odhazovat, protože přeci jenom cesta zpátky potrvá trochu déle než 3 dny. Proto počítám jen s odhozením vyhořelého urychlovacího stupně a s recyklací obytných prostor (i když marťanského prachu asi budou mít kosmonauti už plné zuby...)
Zkrátka pořád si myslím, že k Marsu přilétá maximálně něco jako 80 tun, možná i méně. Taky je otázka, jestli stabilní eliptické parkovací dráhy potřebují delta-V 500 m/s - jestli by alespoň zrovna třeba u toho Marsu nestačilo delta-V třeba i nižší (pravda, zase se nám tam motají nízko létající měsíce...)
Jinak připouštím jako určitou ergonomickou chybu mojí koncepce trochu přebujelý počet dokovacích uzlů. Tady by pomohlo buď kdyby se návratové kabiny MRM před odletem od Marsu odhodily (viz argument s prachem), nebo kdyby byly urychlovací stupně (servisní moduly CEV) schopné nat. ik asymetrického tahu a kabina by byla natolik lehká, že by při odletu mohla zůstat zadokovaná ze strany. To jsou přesně takové stokilogramové detaily, které můžou představovat dělící čáru mezi nesmyslným a realizovatelným projektem ... prostě nelineární problém :-) Na astronautix.com je (pro mě) fascinující článek zmiňující mj. skutečnost, že Rusům v prosinci 1968 chybělo asi 200 kg kapacity k tomu, aby do Zondu (lunární Sojuz vypouštěný Protonem) mohli bezpečně naložit posádku a poslat ji obletět Měsíc ještě před Apollem 8... samozřejmě, že když si lze "objednat" komponenty na míru, a nemusí se stavět z existujících modulů jako z lega, tak mají asi konstruktéři větší volnost, ale stejně... hlavně v tom, co odletí od Marsu směrem zpět k Zemi se bude už hrát o každý kilogram.
Co všechno lze oproti moji původní koncepci odhazovat a planetolet odlehčit:
- ještě před odletem od Země možná pohon s vysokým Isp (iontové motory už nebudou mít palivo, Slunce ve vzdálenosti Marsu už svítí příliš slabě pro solární plachtu...) - tím se ovšem cesta prodlouží...
- při příletu k Marsu samostatně navádět na oběžnou dráhu návratovou loď, vůbec nebrzdit MEM a vletět s ním přímo na Mars (jakopři přistání např. MER... riskantní... ale pokud by jedna ze dvou návratových lodí letěla malinko "napřed" a potvrdio by se úspěšně zachycení na dráze kolem Marsu ještě před oddělením MEM od zbytku soulodí a záložní lodi...)
- návratové moduly MEM (stejně budou "zaprášené"... možná by do nich šlo "vyházet odpadky" a odhodit je...) - ovšem tím se sníží obytný prostor...
- meziplanetární modul(y) ? (zásoby už stejně budou z větší části "vyjedené"... 4 lidi ve dvou šestimístných kabinách sice nebudou mít pohodlí nazbyt, ale pokud by to jinak nešlo... + vznikne tak vlastně zárodek orbitální stanice na dráze kolem Marsu) - ovšem to je už hodně značné snížení komfortu...
Jestli mě to ještě bude bavit, tak nakreslím ještě "odlehčenou", pravděpodobnější variantu celé mise - ve které prostě těch kostiček z lega bude míň :-) Myslím, že se pod těch 100t z vysoké eliptické dráhy prostě musím dostat :-)
Jinak jestli je délka příspěvku problém, tak se taky omlouvám.
|
|
Za hlavní problém "superlehkého" MEMu (20 tun) pokládám to, že principiálně by mohl kosmonautům na povrchu Marsu poskytnout jen slabou podporu. Tunový obytný prostor pro 4 lidi? To asi nepůjde (i kabina Mercury byla těžší). I při "těžším" a větším provedení (40 tun MEM) by to s podporou na povrchu Marsu bylo asi mizerné a muselo by se počítat jen s krátkým pobytem na povrchu. V tom případě ale zase vychází alespoň jeden přelet velmi dlouhý (přes rok). Většina mě známých studií počítá s MEMy o hmotnosti cca 60 tun (pak ale vydrží podporovat kosmonauty na Marsu až 2 roky). Ty "superlehké" MEMy zatím prostě vidím jako problém, který by bylo třeba "řešit".
P.S.: Ty potřebné "přeletové" delta-V na úrovni 500 m/s jsem opravdu jen odhadnul a může se stát, že budou třeba i větší (v tuto chvíli nevím). |
| 25.10.2005 - 12:03 - Ervé | |
|
| 1 t kabina MEMu by byla při startu, při pobytu na povrchu by mohla být rozšířená klidně dalším obytným modulem nebo nafukovací přechodovou komorou (kde by zůstal Marťanský prach, skafandry atd.), z Marsu by startovala jen kabina MEMu srovnatelná s LM Apolla - o přibližně stejné hmotnosti. Pro 4 lidi by byla o trochu těžší, ale opravdu jen o trochu. Pořád si ale myslím že při opakovaných průletch Van Allenovými pásy se samotná loď stane radioaktivní. Vzhledem k tomu, že náklad na vysoce výstřednou dráhu stejně musí vynést rakety (na LEO klasicky a výš ionťák), nepovažuju rozdíl ve hmotnosti a v ceně za tak velký, aby to vyvážilo přednosti výstředné dráhyu Země. Přednosti výstředné dráhy u Marsu jsou ale jednoznačné. |
|
Hmm, kabina Mercüry byl pořádný macek, který musel vydržet supersonické rychlosti v atmosféře Země během startu, a pak brždění v atmosféře cestou zpět. Start z Marsu oproti tomu bude přeci jen méně náročné zadání, ale možná je ta 1t (resp 2t včetně motoru, ale bez hmotnosti průběžně odhazovaných nádrží) opravdu málo. Na druhou stranu : já si to prostě představuju trochu jako čtyřmístné auto (ovšem bez motoru, podvozku apod.) - prostě robustní 1t plechovka, do které se budou buď moci nouzově nasoukat 4 lidi, nebo ji relativně komfortně obývat 2 lidi. Žádné padáky, štíty, podpěry - prostě jen 4 sedačky a průlez. A další 1t pro zbylé (během startu neodhozené) nádrže a motory. Hmotnost kosmonautů jsme zanedbali (během téhle výpravy stejně notně zhubnou ... ;-).
Se stavbou nafukovací základny překryté kvůli ochraně před radiací solidní vrstvou marťanského regolitu a díky tomu s dlouhodobějším pobytem na povrchu Marsu (cca 200-400 dní) počítá dnes většina scénářů. Rád bych upozornil, že zásoby pro 1-3 týdenní přežití (včetně stanu, ale bez vody, a většina potravin v dehydrovaném stavu) je schopen člověk i na Zemi unést krajním případě v baťohu na zádech - s 1t zásob na osobu pak lze už přežít docela dlouho. Existují dobrovolníci, kteří v kanadské tundře možnosti dlouhodobého přežití "jakoby v marsovském výsadkovém modulu" v posledních letech zkoumají. Problémem bude učitě hlavně voda: i pokud se vyřeší recyklace užitkové vody, tak minimum je 2l čerstvé pitné vody na osobu -> 8l/den, 1.6t/200 dní. Na druhou stranu: neviděl bych až tak úplně černě např. zřízení nějakého nafukovacího "skleníku", ve kterém by se rostliny zalévaly recyklovanou vodou... min. řeřichu na chleba (no, po těch 200-400 dnech spíš už jen na topinky :-) bych byl schopen na Marsu nechat vyklíčit určitě i já, bez větší vědecké a kosmonautické průpravy :-)
Můj druhý nákladní/záložní modul navíc přistává bez kosmonautů + není vyžadován tak velký koefecient spolehlivosti -> stačí menší bezpečnostní rezerva paliva -> uveze o 1-2t zásob více (neveze hmotnost kosmonautů + bude náložen "po okraj"). Tedy 20t MEM dopraví na povrch dejme tomu buď 1t kosmonautů + 2t zásob, nebo až 5t zásob. Dalších 5t hmotnosti MEMpočítám pro tepelný štít, "nohy", padáky, palivo pro měkké přistání, hmotnost odhazovaných nádrží). Odhazování přebytečných motorů při návratu zpět bude asi taky nutnost (např. odhození 2 motorů ze čtyřech) -> do 20t se to prostě musí vejít.
Měkké přistání nákladního modulu a přistání posádky v jeho blízkosti (+/- 1km) je pro úspěch mojí mise bohužel kritické: pokud nákladní modul při přistání selže, tak posádka vůbec nebude brzdit u Marsu, ale použije palivo v MEMu pro korekci dráhy letu a co nejrychlejší návrat na Zemi (celková délka mise je v obou případech ale 2 roky...).
Vidím, že tu odlehčenou variantu mise asi budu muset přeci jenom nakreslit, protože jako obvykle se to díky připomínkám začíná celé hodně vzdalovat původní koncepci :-)
|
|
citace:
Před časem tady můj první projekt setkání posádky s planetoletem na velmi vysoké (kruhové) dráze vedl k diskuzi, ze které vyplnulo, že těleso na eliptické dráze má stejnou potenciální energii jako těleso na dráze o poloměru rovném poloměru delší poloosy
Ja nejaky vztah bohuzel neznam a i tenhle vtah mi je nejasny, ale je zrejme, ze se muze zdat zbytecne cirkularizovat drahu, kdyz chces mit jen vystredni prechodovou drahu pro opusteni Zeme.
Nicmene v tomo pripade je nutne vzit v uvahu, ze s iontovym pohonem ani solarni plachtou vystredni drahu prakticky nemuzes dosahnout (ale mozna ze se mylim). Navic je mozne pouzit Mesic k cirkularizaci vystredni drahy a stabilni vystredni drahy priblizujici se Mesici ani nemuzou existovat (jsou to spise chaoticke drahy). To znamena ze mas nekolik alternativ:
1. Pomoci chemickeho paliva prejit na vystredni drahu s Apogeem u Mesice a pouzit jeho gravitaci pro prechod na heliocentrickou drahu, a pak pomoci druheho impulzu (provedeneho u Mesice) prejit na drahu smerujici k Marsu.
2. Neobtezovat se Mesicem a pomoci vetsiho impulzu prejit rovnou na drahu k Marsu.
3. Pomoci pomaleho pohonu vystoupat po spirale na vysokou skorokruhovou geocentrickou drahu a pak pouzit chemicky pohon pro prechod na drahu k Marsu. Pripadny gravitacni prak od od Mesice bude pro tuto drahu zanedbatelny.
Nejvetsi delta v ma samozrejme varianta c. 3. Jak je to s variantou 1 a 2 si nejsem jisty. Myslim ze by o neco malo lip mela vychazet 1. Ale z casovych navigacnich a konstrukcnich duvodu se zrejme nepouziva.
Jeste mas samozrejme moznost docestovat k Marsu pouze pomoci pomaleho pohonu rovnou z LEO, ale pravdepodobne by to travalo desetileti a delta v by bylo suverene nejhorsi.
Vystredni draha ma skutecne nejmensi delta v, ale s iontovym nebo slunecnim pohonem tato draha nelze prakticky dosahnout – nebo se mylim?
citace:
A i pokud se plachta ukáže jako nepoužitelná, tak si pořád myslím, že kombinace v praxi prověřených iontových motorů na solární pohon a v praxi prověřených kapalinových motorů je pro pilotovanou misi vhodnější, než nějaké velké experimenty... hmotnost solárních panelů přitom podle mě vyjde menší než u jaderného reaktoru, ale pořád výrazně větší než hmotnost solární plachty.
V praxi se pravedepodobne ukaze iontovy nebo slunecni pohon pro cesty lidi jako zbytecny. Pokud doprava na LEO dostatecne zlevni, nebo budou k dispozici suroviny z Mesice (hlavne kapalny vodik), tak urcite nikdo nebude mit zajem ztracet cas pouzivanim techto pohonu pro jine ucely nez roboticke vypravy, kde nejaky ten rok nehraje roli.
Samozrejme je mozne ze iontovy motor se casem vyvine do variant s vysokym tahem, ale k tomu bude naprosto nezbytny atomovy reaktor.
|
|
citace:
nebo budou k dispozici suroviny z Mesice (hlavne kapalny vodik)
Chyba. Nejdulezitejsi surovina zrejme bude kapalny kyslik. |
|
> Vystredni draha ma skutecne nejmensi delta v, ale s iontovym nebo slunecnim pohonem tato draha nelze prakticky dosahnout – nebo se mylim?
Protože jak iontový pohon, tak i sluneční plachta, nemusí pracovat kontinuálně a jejich tah lze směrovat, tak samozřejmě i s těmito pohony lze dosáhnout (libovolně) vysoce výstřednou dráhu (používala ji např. sonda SMART-1 s iontovým pohonem).
Jinak ale souhlasím s tím, že pro pilotované lety tyto pohony nejsou bezprostředně nejvhodnější, protože prodlužují dobu přípravy mise, trochu misi komplikují a asi ji ani moc nezlevňují, protože nahrazují jen větší hmotu paliva a raketové stupně, což nebývá nejdražší součást mise (i když kdo ví?). V našem případě je to spíš takové myšlenkové cvičení na téma minimalizace hmotnosti, a to se někdy může hodit :) |
|
citace:
Protože jak iontový pohon, tak i sluneční plachta, nemusí pracovat kontinuálně a jejich tah lze směrovat, tak samozřejmě i s těmito pohony lze dosáhnout (libovolně) vysoce výstřednou dráhu (používala ji např. sonda SMART-1 s iontovým pohonem).
No s iontovym motorem toho asi lze dosahnout. Je zrychleni i mimo tecnu stejne efektivni jako zrychlovani po tecne? No v pripade iontoveho pohonu efektivita nas to asi nebude palit. ISP je dostatecne vysoke. Ale stejne mam dojem ze SMART spis letel po spirale nez cokoliv jineho, ne?
Se slunecni plachtou je otazka jak se bude projevovat zmena smeru pusobeni slunecniho vetru s tim jak Zeme obiha kolem Slunce.
|
|
V diskusích před více než rokem jsme došli k několik závěrům:
- Delta V, dosažené reaktivním pohonem, závisí VÝHRADNĚ na parametrech samotného tělesa s pohonem (hmotnost a Isp). Delta V naopak VŮBEC nezávisí na bodu dráhy, ve kterém manévr provedeme. Efekt je ale pokaždé jiný a někdy i zásadně (napsal p. Holub)
- Proc je u elipticke drahy vyhodne delat manevry u Zeme: Neni to proto, ze ma v perigeu motor vetsi vykon ani energii. Teleso na elipticke draze ma staly soucet potencialni a kineticke energie, my vsak pri odletu z apogea nedovedeme zatim zadnym zpusobem primo vyuzit potencialni energie telesa, jen kineticke. Abychom mohli vyuzit obe energie, musime pockat s manevrem, az bude teleso v perigeu a puvodni potencialni energie tělesa z apogea se sama premeni na kinetickou v perigeu. Pak vyuzivame téměř cele energeticke hladiny drahy (napsal Pinkas)
- Kruznice energeticky ekvivalentni k elipse ma polomer jako je velka poloosa elipsy (odvodil pan Vacek)
E= -GM.m / 2r = - GM.m / 2a
r = a
- Energie potřebná k dosažení únikové rychlosti z kterékoliv bodu elipsy:
2*dE = 2*v*dv + dv^2 (odvodil p. Vacek)
Z tohoto výrazu je okamžitě vidět, že čím máme větší počáteční rychlost v, tím menší změnu dv potřebujeme, abychom dosáhli potřebného dE. Je tedy výhodné manévry tohoto typu provádět tam, kde těleso má maximální rychlost, pokud to jenom trochu jde (napsal p. Vacek)
Z toho ze všeho vyplývá, že při odletu na dráhu k Marsu z kružnice ve směru tečny budeme potřebovat větší delta V než při odletu z perigea eliptické dráhy, která je energeticky ekvivalentní ke kružnici
|
| 25.10.2005 - 23:34 - Sorli | |
|
No já myslím, že to s letem na Mars zatím nebude nic moc.
To bude chtít efektivnější pohon. Jako cesta by se celkem nabízel Phoenix.
Budeme si ale muset ještě chvilku počkat, protože start Phoenixe je oficiálně ohlášen až na 5.dubna 2063
|
| 26.10.2005 - 07:14 - Ervé | |
|
| Jakou rychlostí musí loď odlétat od Země, aby doletěla k Marsu za 6 měsíců ? Minimální pro 8,5 měsíce letu je 11,6 km/s. Je to kolem 12,2 km/s ? Tuto hodnotu mám někde v hlavě uloženu. |
|
Diky p.Pinkasovi za shrnuti vyhod vystredni drahy, ale me slo spise o to, jestli lze s iontovym motorem, nebo slunecni plachtou teto drahy dosahnout, popripade jak moc je to neprakticke.
Mozna ze nekdo z hlavy vi jak vypadala draha SMART-1. Ja myslim ze jsem kdysi neco videl a byla to spirala (tedy zrychlovani probihalo po tecne). Pokud bych chtel s iontovym motorem zvysovat pouze apogeum, tak bych zrejme musel zrychlovat pouze pri stoupani do perigea a to ve smeru velke poloosy. Otazka je jak moc je to efektivni a proc to treba nedelal SMART.
Pri pouziti slunecni plachty jsem mel za to ze zrychlovani probiha jen ve smeru slunecniho vetru a ten smer se v prubehu obihani Zeme kolem Slunce meni. Vystredni draha by tedy nesla dosahnout. |
|
| V tomto souhlasím s Jirkou. Při použití sluneční plachty nebo iontového motoru by bylo nevýhodné usilovat o velmi excentrická dráhu. U iontového motoru by se musel zapínat vždy v perigeu na omezenou dobu, což by prodlužovalo dosažení dráhy. Ani dřívější ruské plány u těchto motorů nepočítaly s využitím excentrické eliptické dráhy ale spirálové dráhy, jejíž výsledkem by nakonec byla téměř kruhová, velmi vysoká dráha a z té by se přímo odletělo k Marsu po nástupu posádky. Je to méně energeticky výhodné ale reálné. Pokud bychom naloďovali posádku v apogeu eliptické dráhy, stejně by bylo nutno (lépe) se vrátit do perigea a tam teprve zapnout motory pro odlet k Marsu. To by znamenalo další dva průchody radiačními pásmy s posádkou navíc. Při nástupu posádky v perigeu by bylo časové okno velmi krátké a k spojení by docházelo při značné rychlosti. |
|
Ohledně výstředné dráhy a iontového pohonu nebo sluneční plachty. Zatím jsem nic nepsal o efektivitě navádění na takovou dráhu, ale jen, že to principiálně lze. Dráha sondy SMART-1 byla po většinu doby dost výstředná (velká poloosa výrazně větší než malá poloosa), ale je fakt, že postupně se zvedalo i perigeum. Přesto po určitou dobu (jaro 2004) probíhalo zrychlování tak, že iontový motor byl zapínán jen v oblasti perigea (podle zásady "manévruj co nejníž [v nejvyšší rychlosti]") a po dobu cca třetiny oběžné doby (zbytek času byl iontový motor vypnut). Tím se zvyšovalo především apogeum a výstřednost dráhy rostla. Předpokládám, že v době chodu působil motor zhruba ve směru letu (tečny dráhy). Blíže viz. např. http://spaceprobes.kosmo.cz/index.php?cid=131
Podobný profil lze zvolit i u sluneční plachetnice. V oblasti apogea může být tah minimalizován (např. natočením plachet "do praporu" jako u vrtule) a ve zbytku dráhy může být tah vhodně směrován (bez problémů lze "tah" plachty odklonit o 45° [i více] od směru slunečního světla [natočením roviny celé plachty], pak ale samozřejmě tah příslušně klesá). Připomínám, že klasická sluneční plachetnice má využívat tlak světla (fotonů) a nikoliv sluneční vítr (částice).
Shrnuto:
- navádění na vysoce výstřednou dráhu je možné i s iontovým motorem, i se sluneční plachtou
- u iontového pohonu takový postup buď prodlužuje dobu navádění (motor se vypíná), ale s dobrým využitím pohonné látky (zrychluje se u pericentra), nebo snižuje efektivitu využití pohonné látky (pokud tah směřuje hodně mimo tečnu dráhy)
- u sluneční plachetnice na oběžné dráze kolem Země stejně nelze využívat tah po tečně po celou dobu oběhu, takže navádění na výstřednou dráhu je zde dokonce "přirozené" (tah je aplikován jen v části oběžné dráhy) a samozřejmě možné (tah lze záměrně směrovat i mimo tečnu dráhy) [podle mého názoru by to nemělo být ani méně efektivní než jiný způsob manévrování plachetnice]
Znovu ale opakuju, že pro pilotované lety tyto pohony nepovažuju za příliš vhodné (jejich výhoda se nejvíc projeví až při letu trvajícím řadu roků). Snad by se ale daly využít pro dopravu materiálu a podpůrného vybavení (předem, nebo i při případném zásobování trvalé základny). |
| 26.10.2005 - 11:57 - Ervé | |
|
| Dotaz trochu mimo téma, pro přistání na Marsu se počítá s tím, že na povrchu stráví dlouhou dobu na základně. Problém je v tom, že i s velkými rovery prozkoumají oblast v okruhu jen desítek km (100 ?). Není tedy lepší nechat návratový stupeň i s několika MEMy na orbitě a po startu z Marsovské základny uskutečnit ještě dvě výpravy ala Apollo v lehkých MEMech řekněme 6-8 dní. |
|
Co se tyce slunecni plachty tak jsem zrejme analfabet. Smer tahu slunecni plachty lze ridit? To znamena ze tah neni jen ve smeru pusobeni zareni nebo proudu dopadajicich castic? Chapal bych ze castice jsou zase vyzarovany plachtou ven, nebo odrazeny podle natoceni plachty, ale musi mit nizsi energii nez ty zachycene. Cili ten druhotny tah vyzarenych castic bude vyrazne mensi nez ten primarni tah. No je mozne ze to chapu spatne. Muze mi nekdo vysvetlit fyzikalni princip rizeni smeru tahu plachetnice?
Co se tyce tech vystrednich drah tak dekuju A. Holubovi za ten odkaz na SMART. Zajimavy tam je ten prulet kolem bodu L1 mezi Zemi a Mesicem. Skutecne je tam videt cikularizace drahy. Tam bych videl i hlavni prinos iontoveho motoru. Mohl be se vyuzit ke stavbe planetoletu v L1 a doprave paliva (LOX) z Mesice. Tento scenar pro Mesic a Mars ostatne prosazuje od zacatku Boeing.
|
|
Souhlasím s tím, že pohony s nízkým tahem jsou vhodné například pro dopravu do bodu L1 Země/Měsíc (a pak dál např. k Marsu).
Ohledně sluneční plachetnice musím říct, že klasicky nejde o pohlcování, nebo vyzařování, ale úplný odraz světla. Teoretické základy slunečních plachetnic popisuje L.Lejček na stránce http://mek.kosmo.cz/zaklady/rakety/solsail.htm . Odtud vyjímám: "Sluneční záření se odráží pod stejným úhlem, pod kterým dopadá a tak podle zákona akce a reakce změna impulsu, neseného dopadajícím zářením, míří ve směru normály k zrcadlové ploše."
Obecnější článek mám na http://mek.kosmo.cz/novinky/clanky/knp2003/ah-sail.htm kde je i obrázek, ukazující možnosti manévrování (ten obrázek není ode mne).
Odkaz na větší obrázek: http://mek.kosmo.cz/novinky/clanky/knp2003/ahsman.jpg |
| 26.10.2005 - 16:43 - Vítězslav Novák | |
|
Pořád mi připadá, že nejporuchovější, nejdůležitější a nejmíň nahraditelnou (aspoň politicky) součástkou kosmidla (ten termín kdysi vymyslel Grün) k Marsu bude člověk. A vůbec si nemyslím, že by všechno bylo vyřešeno a vyzkoumáno na Miru a ISS. Vemte si třeba to, že na posádky na Zemi čeká rozsáhlý záchranný tým včetně lékařů. Ty skutečně dlouhodobé kosmonauty opatrně vynášeli ze Sojuzů a přenášeli ve fetální poloze do speciálních křesel. Ale i při teď posledním návratu měl Phillips po přistání problémy a omdlíval. Po půlroce!
Na Marsu je bude čekat sice nižší přitažlivost, ale žádné týmy, žádné přenášení a omdlít si bude moct dovolit jen malá část posádky. Lékařské vymoženosti budou minimální.
Čili bude nutno vykoumat - a podstatně líp než teď - jak se během letu chovat, jak cvičit, podtlakové gatě nejspíš pro trénink stačit nebudou. V TOMHLE vidím největší úskalí - dopravit k Marsu posádku schopnou tam přežít a něco rozumného dělat. A to neověříte jinde než na ISS. |
|
To jsou zde odvážná slova. Bohužel pravdivá. Možná se vyvine druh člověka, který odolá těmto vlivům....  |
|
citace:
To jsou zde odvážná slova. Bohužel pravdivá.
Ani ne tak odvážná, jako střízlivá. Mě by navíc zajímalo, jaké možnosti probírají plánovači letu na Mars pokud jde o radiaci. Jedna věc je kosmické záření, to by se jistě nějak dalo odstínit, ale co dělat v případě, když loď natrefí na plazmatický oblak vysokoenergetických částic vyvržených ze Slunce? Na sondě Mars Odyssey probíhalo měření radiace zařízením zvaným MARIE. Všechno běželo bez obtíží, až do doby, kdy (s největší pravděpodobností) proud nabitých částic s vysokou energií toto zařízení zničil. Bylo by vůbec zajímavé vědět, kolik sond a družic zneschopnila radiace.
Toto riziko se přitom týká i cest na Měsíc. Budou sice trvat jen krátkou dobu, ale pořád jde o významnou hrozbu. Kromě toho bych si tipnul, že i povrch Měsíce bude zářit, když je trvale vystaven kosmickému záření i proudům vysokoenergetických částic ze slunečních erupcí. S tím se taky budou muset budoucí měsíční osadníci nějak vyrovnat. |
|
Aleš Holub: určitě máš pravdu skoro ve všem :-) jenom podotýkám, že já právě s high-Isp pohonem počítám jen pro bezpilotní část mise, tzn. pro hromadění energie potřebné pro odlet k Marsu.
Oproti ostatním scénářům, které často vypadají tak, že optimalizují, optimalizují, optimalizují - a pak jim vyjde, že stejně musí vyslat ještě jednu bezpilotní nákladní loď dva roky předem, má myslím můj scénář dost zásadní výhodu v tom, že kosmonauti se setkají s kompletním planetoletem poblíž Země, čímž získají možnost všechny systémy "ručně" zkontrolovat, oživit, otestovat - a teprve pak se rozhodnout, jestli do toho jdou, nebo nejdou.
Optimalizace celkové hmotnosti není vůbec nesmyslná. Za prvé hmotnost urychlovacích raketových stupňů nám roste exponenciálně - takže se neustále odbíhalo k vymýšlení nových pohonů (např. jaderných), které ale není politická vůle otestovat. V případě klasických a odzkoušených raketových motorů ale pro náš stotunový komplex vzniká problém vývoje dostatečně silného urychlovacího stupně - nejsilnější, co mají otestované Rusové, je blok DM. Američané by teoreticky asi byli schopni vynést svým novým navrhovaným stotunovým nosičem na oběžnou dáhu místo užitečného zatížené ještě jeden celý plně natankovaný druhý stupeň - a to asi i poměrně levně. A kolik takových stupňů bude pro přímé navedení stovky tun k Marsu potřeba ? Tři ? Mě ale přijde, že náklady na start stotunového nosiče nebudou zas tak zanedbatelné - a je to zase scénář, který povede k tomu, že na Mars se podívají 4 lidi, a po nich dalších 50 let nikdo.
Pro ostatní: nezbývá než doufat, že třetinovou gravitaci Marsu posádka po cca 200 dnech letu zvládne. Určitě by bylo zajímavé, kdyby alespoň jeden z kosmonautů kteří poletí za těch 15 let s NASA na Měsíc předtím pobyl těch 200 dnů na ISS - aby se zjistilo, zda člověk po 200 dnech beztížže vydrží alespoň šestinovou gravitaci.
Co se radiace týče, tak recept je poměrně jednoduchý. Počítá se hlavně celková expozice - tzn. uvnitř planetoletu musí být alespoň nějaký prostor, který bude obklopen nádržemi s látkou bohatou na jádra vodíku (voda, metan ...). Tento prostor by bylo vhodné používat jako ložnici. Cestou zpět ovšem už bude většina zásob spotřebována - takže buď kabina CEV počítá s nějakou lehkou ochranou vrstvou poyumerů bohatých na vodík - a nebo nevím. Polárníci a horolezci se vraceli s omrzlinami, takže kosmonauti se holt budou vracet s rakovinou... |
| 27.10.2005 - 14:52 - J2930 | |
|
citace:
musí být alespoň nějaký prostor, který bude obklopen nádržemi s látkou bohatou na jádra vodíku
Vcera mne napadlo ze by plast planetoletu mohl byt dvouvrstvy (teda mimo izolaci, atd atd) a mezi vrstvami by protekalo (bylo) neco...co to sem nevedel protoze o charakteru kosmickeho zareni vim prd. Jen vim ze predstava to byla tekuta. Proc to nevim.
Kdyby se tak podarilo simulovat ochrane zony nasi planety na malem prostoru kos. lodi... Jak se brani Zeme plazmatickemu oblaku vysokoenergetických částic vyvržených ze Slunce? |
|
citace:
Kdyby se tak podarilo simulovat ochrane zony nasi planety na malem prostoru kos. lodi... Jak se brani Zeme plazmatickemu oblaku vysokoenergetických částic vyvržených ze Slunce?
Magneticke pole + atmosfera, hodne zachyti a odvede pole, co projde vetsinou okolo polu skonci srazkama v atmosfere. To prvni by se dalo i u kosmicke lode mozna zaridit (ale odhaduji, ze delat to v malem bude vyzadovat neumerne mnoho energie), to druhe je ono zminovane stineni. |
| 27.10.2005 - 15:37 - J2930 | |
|
citace:
Magneticke pole + atmosfera, hodne zachyti a odvede pole, co projde vetsinou okolo polu skonci srazkama v atmosfere. To prvni by se dalo i u kosmicke lode mozna zaridit (ale odhaduji, ze delat to v malem bude vyzadovat neumerne mnoho energie), to druhe je ono zminovane stineni.
Diky. U polu pak treba polarni zare. Je to dusledek reakce castic s atmosferou? No ja si to nekde v knihovnicce najdu abych neobtezoval 
Takze stineni (nahustena hmota s vysokym obsahem jader vodiku) = atmosfera. Magneticke pole...pernamentni magnety? Kdyby to stineni - proudici hmota byla el. vodiva... jak by bylo mag. pole u takove latky? Nebylo by nutne chranit pred nim posadku? (viz vodice vys. napeti, trafo stanice) hm je el. mag. pole stejne jako mag. pole Zeme? No asi du studovat fyziku. |
|
| Problém se stíněním pomocí využití supravodivých magnetických "radiátorů" podél trupu lodi má Pacner v Cestě na Mars, takže tohle už někdo vymyslel... Doporučuju se podívat tam, ale nejsem schopný říci, zda je toto řešení dnes technicky možné. Vyžaduje atomový reaktor (který ostatně Pacnerovy planetolety používají už jen pro pohon). ____________________
Ace Baran |
|
Ano, polarni zare je dusledek srazek castic prevazne ze slunecniho vetru s atmosferou (a to jeste velka porce chodi jakoby z magneticke kapsy "za Zemi", ktera se obcas "protrhne"). U toho magnetickeho pole...to je umerne proudu, ne napeti. Cirkulace vodive latky je zdroj zemskeho magnetickeho pole, ale v malem by to asi nestacilo. Ty supravodice me taky napadly, ale jejich hmotnost (zdroj, civka, montaz, chlazeni) je zatim prilis velka.
Kdyz jsem kdysi byl na exkurzi u urychlovace DESY v Hamburku, ukazovali nam rozebranou takovou supravodivou civku. Velka cast te civky byly jenom festovni svorky (jedna vedle druhe), ktere musi pri provozu tu civku drzet pohromade, jinak by ji tak silne pole roztrhalo... |
| 27.10.2005 - 16:00 - J2930 | |
|
citace:
Problém se stíněním pomocí využití supravodivých magnetických "radiátorů" podél trupu lodi má Pacner v Cestě na Mars, takže tohle už někdo vymyslel... Doporučuju se podívat tam, ale nejsem schopný říci, zda je toto řešení dnes technicky možné. Vyžaduje atomový reaktor (který ostatně Pacnerovy planetolety používají už jen pro pohon).
Prave..energeticka narocnost. Slovicko "supravodivy" mne take napadlo....
Ale nejen ja bych radsi neco co tolik "nezere". Taky by se mozna dalo letet v tokamaku a snad by ta proudici plazma strhavala i castice sl. zareni..
a co pak se skafandry? |
| 27.10.2005 - 16:13 - J2930 | |
|
citace:
U toho magnetickeho pole...to je umerne proudu, ne napeti. Cirkulace vodive latky je zdroj zemskeho magnetickeho pole, ale v malem by to asi nestacilo.
Ano mag. pole. Ale pise se vodice vysokeho proudu? takovy ty na poli....
Diky, diky za cirkulaci. Ted tedy najit neco co bude cirkulovat rychleji nebo to bude takova latka co bude cirkulovat "vevnitr". Proste aby to stacilo v tom malem. Nebudeme delat planetu ale kos. lod. V extremnich situacich bude posadka prchat do bungru. Z ceho bude ten jeste nevim... |
|
