Міжпланетний корабель
Цей проект написаний як результат дискусії, в якій пропонувалося використовувати астероїди для польотів у космосі.
Після етапу вивчення Марса з орбіти настане етап вивчення Марса експедиціям, які висадяться на поверхню. Згодом будуть створені марсіанські наукові станції, які спочатку працюватимуть вахтовим методом. У віддаленій перспективі потрібно забезпечувати довгострокові марсіанські станції, які, можливо, перетворяться на постійні поселення. Для забезпечення перевезення вантажів та людей потрібні будуть кораблі великої місткості та комфорту. Головна перешкода для далеких польотів у космос – наявність невагомості та високої радіації. Очевидно, без вирішення технічних проблем пов'язаних з цими проблемами масове переселення людей на Марс буде дуже сповільнене.
За основу прийнято ідею космічного таксі, яке літає по стабільній орбіті навколо Сонця, переодично зближуючись із Землею та Марсом подібно до астероїдів (Дорога на Марс: З Блакитної планети на Червону).
Вимоги до корабля типу "Астероїд":
-
1. Стабільна навколосонячна орбіта (як астероїдів;
2. Періодичне перетин орбіти Землі тоді коли поруч перебуває Земля;
3. Забезпечення штучної сили тяжіння;
4. Високий ступінь протирадіаційного захисту;
Перші дві умови забезпечуються під час запуску "Астероїда" на стабільну орбіту навколо Сонця.
Інші визначаються конструкцією.
Насправді "штучний астероїд" це досить місткий корабель з товстим протирадіаційним захистом, створений з використанням космічних ресурсів. Для певності розглянемо використання місячних матеріалів.
На Місяці можна видобути метали: Ni, Ti, Fe, Al і реголіт, як сипучий матеріал.Можливо, є запаси води.
"Астероїд" може мати наступний пристрій.
Дві кулі радіусом 10 м і ефективною товщиною стінок, наприклад від 10 см до 1 м, розташовані на кінцях довгого (100 м) тунелю і обертаються навколо центру мас.
Порівняно з циліндром або тором, модель "гантелі" обрана з економічних міркувань. Сферично симетричний протирадіаційний захист має меншу масу при максимальному внутрішньому обсязі.
Для кращого мікрометеоритного та радіаційного захисту стінки зроблені багатошаровими.
При товщині стінок в 10 см із залізонікелевого сплаву маса кожної кулі без внутрішньої начинки близько 1000 т. Щільність радіаційного захисту в цьому випадку 80 г/см 2 . Але це не межа.
Повна вага корабля близько 2500 т
Загальний для двох куль вільний об'єм 8000 м 3 або 80 трикімнатних квартир або 4 під'їзди п'ятиповерхового будинку.
Лінійні розміри: довжина вздовж осі близько 200 м-код, радіус обертання порядку 120 м-коду.
Порівняння з МКС, з найбільшим космічним спорудою нині. Маса приблизно 120 т, довжина близько 47 м, вільний об'єм понад 400 м3.
Сфери з'єднуються герметичним тунелем, де переміщається ліфт.
Перпендикулярно тунелю вздовж осі обертання розташовані платформа зі стикувальними вузлами для малих космічних кораблів та на протилежному кінці ядерний реактор з радіаторами охолодження та тіньовим захистом.
Приблизний вид корабля, що будується, показаний на рис.1.
Розігнати цю споруду потрібно лише один раз. Потім досить легко коригувати орбіту.
Для проекту марсіанського таксі знадобиться два (чотири) такі "астероїди", що літають між орбітами Землі і Марса в протифазі.
Переваги в порівнянні з природнимастероїдом. Летить туди куди потрібно, ефективно використовується внутрішній об'єм, має мінімальну масу, є можливість відправити його на будь-яку іншу траєкторію, і створюється всередині штучна сила тяжкості в 1g.
Мал. 1. Міжпланетний корабель - "штучний астероїд" у процесі збирання. 1. Житловий відсік. 2. Силовий тунель. 3. Вузол обертання. 4. Радіатор. 5. Біозахист. 6. Реактор. 7. Порт 8. Човник.
2. Технологія виготовлення
Після того як на Місяці буде створено виробничу базу та розпочато видобуток корисних копалин можливе виготовлення "штучного астероїда".
На початку з місячних мінералів виплавляється титан, алюміній та відливаються основні деталі конструкції. Переробка мінералів здійснюється шляхом плавлення в основному самородкових металів (залізо, нікель, титан та інші тугоплавкі елементи) за допомогою індукційної печі, що живиться від ядерного реактора. Спосіб отримання алюмінію залежить від хімічного складу мінералів і поки що не обговорюється.
З виплавлених металів шляхом прокатки або іншим способом виготовляються профільовані деталі, наприклад, швелера 50х20 мм. Прокочуються пластини з алюмінію різної товщини.
Зрозуміло, що для таких робіт на Місяці має бути розгорнутий міні завод. Будівництво таких виробництв слід очікувати після завершення початкового етапу освоєння Місяця.
Складання ферм і каркасів ведеться шляхом зварювання у вакуумі профільованих деталей плазмовим променем та газовим зварюванням. Після збирання деталі каркаса за допомогою злітної платформи доставляється на орбіту Місяця. Це можна зробити, оскільки маса каркасних виробів відносно невелика. Так каркас сфери з кроком кілець 15 градусів із зазначених вище алюмінієвих профілів матиме масу близько 20 т.
Хоча можна івсе збирати на орбіті Місяця, але це може бути не дуже оптимально і більш трудомістким.
У принципі є можливість всі складні деталі доставляти з Землі і початкову збірку корпусу здійснити на орбіті Землі.
Каркас покривається першим шаром тонких алюмінієвих пластин. Товщина пластин близько 1 см, це перший герметичний корпус. Маса близько 30 т. Контроль зварювання здійснюється за допомогою рентгенів.
Усередині можна розмітити щонайменше шість житлових поверхів з висотою стелі 2.5 м. та два технічні поверхи. У центрі є ліфт. Зразкове компонування сфери показано на рис.2. Один або більше поверхів виділено під оранжерею. Площа приміщення для оранжереї може бути понад 200 м 2 , що за наявності стелажів для розміщення рослин дозволить забезпечити рослинною їжею як мінімум 20 - 30 осіб (на одну особу потрібно 40 м 2 оранжереї для повноцінного забезпечення). Нагадаю, що таких сфер у складі корабля буде два та поверхів під оранжерею може бути виділено більше одного.
На міжповерхові перегородки потрібно приблизно 10-15 т алюмінієвих конструкцій.
З урахуванням поперечних перегородок та ліфтового тунелю загальна маса корпусу сфери буде близько 100 т.
Якщо на той час буде створено носії типу “Вулкан”, то можливе складання сфери Землі і виведення на орбіту цілком. Однак буде потрібна доставка цієї сфери на орбіту Місяця, що загалом може зробити весь захід дорожчим, ніж виготовлення сфери на Місяці.
Потім готуються протирадіаційні плити. Їх роблять із реголіту шляхом пресування з додаванням в'яжучого наповнювача. Як в'яжучий наповнювач може бути використана вода, якщо таку знайдуть на Місяці. Тоді просто реголіт змішується з водою, в камері наповненою повітрямі міститься в тінь за допомогою розсувного навісу. Вода замерзає, і плити пакують у найтоншу світловідбивну плівку, щоб не танули на сонці, і доставляють на орбіту, де ними обклеюють корпус корабля. Для кращих механічних якостей та економії води можливо у воду доведеться додавати якийсь латекс чи композит.
Плити можна виготовити за допомогою спікання. Випікати невеликі плити можна навіть у фокусі параболічного дзеркала.
Розміри плит: площа – 1 м 2 , а товщина – 10 – 15 см. Маса 300 – 400 кг. На Місяці вони важитимуть від 50 до 70 кг. Значить їх можна буде переміщати як вручну (два космонавти), так і за допомогою простих механізмів.
Доставка легких вантажів, зокрема плиток на орбіту Місяця, здійснюється за допомогою електромагнітної катапульти.
Швидше за все, протирадіаційних верств буде кілька. Реголітово-крижаний шар чергується з оболонкою з алюмінію, залізонікелевого сплаву або титану.
Реголіт пористий матеріал і, по ідеї, адсорбує багато води, тому такі плитки насичені водою (льодом ефективно поглинають протони.
Для теплоізоляції (сонячний нагрів) можливо доведеться прокладати шари прокладками з екранно-вакуумної ізоляції. Як така теплоізоляція ізоляції пригодиться навіть вата, що отримується з місячного базальту.
Товщина протирадіаційного покриття обмежується лише енергетичними можливостями розгінних блоків, за допомогою яких корабель відправляється на навколосонячну орбіту.
Так при товщині покриття в 1 м і щільності близько 2500 кг/м 3 (як легкий бетон) маса радіаційного покриття складе вже приблизно 10 тисяч т, а повна маса "астероїда" зросте понад 20000 т.
Для порівняння подібну масу має кам'яний астероїд діаметром всього 12 м. або залізонікелевий астероїддіаметром 9м.
Для виведення "астероїда" на навколосонячну орбіту потрібно набрати десь близько 3 км/с додаткової швидкості. Це можна зробити за допомогою спеціального буксира, який потім відстиковується та повертається назад.
Для забезпечення комфортних умов житлові приміщення обриваються системою життєзабезпечення замкнутого або напівзамкнутого типу.
Реактор винесений убік поздовжньої ферми. На фермі перед реактором розміщено радіатори охолодження. Тут можливе розміщення додаткових відсіків з технічними системами або розміщення додаткових зовнішніх оранжерей.
Обидві кулі обертаються з такою швидкістю, щоб забезпечити достатню силу важкості. Хоча можливо, для підготовки колоністів до марсіанської тяжкості швидкість обертання буде зменшена і прискорення буде виставлено близько 0.3 - 0.5 g. Тоді знадобиться швидкість обертання приблизно 1 – 2 обороти на хвилину.
Важливим моментом є забезпечення механічної жорсткості тунелю, що з'єднує кулі, що обертаються. Тут можна використовувати сталеві канати-струни чи деталі з титану. Відцентрові сили - одна з причин, чому може знадобитися зменшення сили тяжіння.
Вузол обертання зроблений на основі магнітної підвіски, щоб унеможливити тертя.
У вузлі обертання зроблена шлюзова камера, через яку космонавти проходять усередину корабля.
Принципово ніщо не заважає зібрати чотириелементний "астероїд". Як зазначалося вище збирати величезний тор швидше за все буде рентабельно через величезної маси радіаційного захисту.
На борту корабля типу "астероїд" одразу від 50 до 500 чоловік зможе подорожувати від Землі до Марса та назад.
З будівництвом таких кораблів стане можливою практична колонізація Марса.
3. Перспектививикористання "астероїда" для "ефірних" поселень