Marsi jt planeetide koloniseerimine

[Some]

On muidugi tore, et seal on raskusjõud nõrgem ja õhutakistust pole, aga õhutühjas ruumis on ka mootorite "toetuspind" väike.

Mootorite toetuspind? Rakett- ja reaktiivmootorid kasutavad toetuspinnana düüse, mitte õhku. Põlev kütus avaldab survet kambri seintele, edasi liigub sellepärast, et kambri ühes küljes rõhk puudub. Eks sellpärast sedasorti mootoritel ongi düüsid lehtri kujuga, toru puhul läheks külgseinetele avaldatav rõhk raisku.

[Madis Reivik]

Delta-v sisaldabki nii kiirendust kui aeglustust. Minu poolt lisatud tabeli puhul küll toimub pidurdamine küll ainult NTP kaudu, sest terve tee tuhandete tonnide kaupa kütuse kaasa vedamine 5min pidurduseks ei pruugi olla piisavalt efektiivne. Samas Marsi lähedal 1min või 30s pidurdus oleks võibolla mõeldav, sest vaid paarisaja tonni eest võib olla võit mõõdetav mitmetes päevades.

Sa jätad siinkohal mugavalt mainimata mida NTP tähendab

[paadikapten]

Ühele asjale vist ei ole mõteldud.
Kui mingi riik jõuab nii kaugele, et saadab karja inimesi Marsile, siis võib ju juhtuda, et mõni teine riik hakkab trügima samas suunas. Kui suur on võimalus, et kosmoses või Marsil tekivad sõjalised konfliktid?

Näiteks, USAst kütab kari inimesi Marsile ja seab end sisse.
Venemaa saadaks ilmselt heameelega kasvõi mehitamata tünne, et "marslasi" jälgida.

[London Bridge]

Sa jätad siinkohal mugavalt mainimata mida NTP tähendab

GrukGPT nimetas seda Nuclear Thermal Propulsion'iks, wikipedias on aga Nuclear Thermal Rocket nimetuse all. Põhimõtteliselt on tegemist selle sama joonega, mida ma olen hoidnud esimesest postitusest alata, et tõsise kosmosenduse teemas peab arvestama uue ajamiga, mis tagaks konstantse kiirenduse ning ideaalis sõltumatuse transfeerumise ajaakendest. Põhimõtteliselt ei olegi vahet, mis ajami abil seda lõpuks saavutada, aga NTP/R ei tohiks olla midagi ulmelist.

[olevtoom]

... aga õhutühjas ruumis on ka mootorite "toetuspind" väike.
...

Mis jama see nüüd on? Mis toetuspind? Rakettmootori tööpõhimõte on ikka selge?

Rakett töötab kõige paremini just vaakuumis, kus düüsist väljuvad toimeainet miski ei pidurda.

Väljalaske-"lehtri" kuju valikuga saab küll rakettmootorit kohandada atmosfääris veidi vähem halvemini töötama. Aga see jällegi halvendab tema toimimist vaakuumis. Sellepärast ongi Muski Raptoreid kaht sorti: "atmosfäärimootor" ja "kosmosemootor".

[olevtoom]

Sa jätad siinkohal mugavalt mainimata mida NTP tähendab

GrukGPT nimetas seda Nuclear Thermal Propulsion'iks, wikipedias on aga Nuclear Thermal Rocket nimetuse all. Põhimõtteliselt on tegemist selle sama joonega, mida ma olen hoidnud esimesest postitusest alata, et tõsise kosmosenduse teemas peab arvestama uue ajamiga, mis tagaks konstantse kiirenduse ning ideaalis sõltumatuse transfeerumise ajaakendest. Põhimõtteliselt ei olegi vahet, mis ajami abil seda lõpuks saavutada, aga NTP/R ei tohiks olla midagi ulmelist.

Taas ei ole ma päris nõus.
Esiteks ei ole see rakettmootor mingi põhimõtteliselt uus ajam. Keemilise kütusega raketist erineb ainult selle poolest, et düüsist väljavoolav aine ei kuumuta end ise, vaid seda teeb tuumareaktor. Sellega saavutatakse umbes kaks korda suurem eri-impulss (*) kui keemilistel rakettidel. Mingit pideva kiirendusega ("sirgjoonelist") lendu siiski ei saa, selle piirab ikka stardimass. Aga lihtsustatult öeldes saab tuumaraketiga vedada kaks korda rohkem kasulikku koormust või saada kaks korda suurema lõppkiiruse.

Teiseks oli see mootor kuuekümnendatel juba olemas, tegi edukalt läbi statsionaarsed katsetused ja oleks ka lennukatsetusteni jõudnud, kuid siis hakka kõigil tuumahirm ja projektilt NERVA võeti rahad ära.

Aga, jah, erinevalt igasugu VASIMRitest jmt. on see realistlik mõte. Pealegi käisid jutud, et NASA hakkab vana asja meelde tuletama. Muidugi võib praeguse administratsiooni kindlates kätes sellega minna nii & naa.

(*) Eriimpulss (specific impulse) Isp on raketinduse põhimõiste. Vt. näiteks https://en.wikipedia.org/wiki/Specific_impulse . Tähed "sp" peaksid olema alaindeksis, aga, noh....
Eriimpulssi saab väljendada sekundites, sel juhul saame öelda, et eriimpulss näitab, mitme sekundi jooksul kilogramm kütust arendab ühe jõukilogrammi tõukejõudu. Keemilistel kütustel on Isp 300, ... 450, NERVA-tüüpi rakettidel aga umbes 900.

[olevtoom]

See on muidugi jama. Kolooniasse saab üheotsapiletiga.

Poljakov oli 437 päeva järjest kaaluta olekus. Marsile jõuab 9 kuuga: https://www.space.com/24701-how-long-do ... -mars.html .

Üheksa kuud on klassikalist Hohmanni orbiiti mööda. See võtab kõige vähem pentsu, nõudes Maa-lähedaselt orbiidilt Marsile viivale orbiidile viimiseks ΔV umbes 3,3 km/s. Kui aga anda ΔV 5,1 km/s, siis jõuab laev Maalt Marsile umbes kuue kuuga. See on ka enam-vähem viimane kiirus, mille saab Marsi atmosfääris aeropidurdusega ära kustutada.

Muide, mõlemad trajektoorid on head selles mõttes, et kui Marsi-poolses otsas mingi tõrge tekib, siis viivad need laeva Maa juurde tagasi. Esimesel juhul kestab "ümbermaailmareis" kolm, teisel juhul kaks aastat.

Ka Apollo lennud toimusid säärasel trajektooril. Inglise keeles on see "free return trajectory", eestikeelset vastet ma ei tea.

[London Bridge]

Taas ei ole ma päris nõus.

Semantika. Uus selles mõttes, et kasutusele võtta ja viimistleda selleks otstarbeks. Paistab, et GrukGPT ajas minu tabeli kirjutamisel NEP (nuclear electric) ja NTP segamini. Minu oli näidata tugeva, kuid lühiajalise kiirenduse, ning pikaajalise, aga nõrga kiirendusega hübriidlahenduse puhul 10kt laeva L1 startimise realistlkkust. Selles mõttes ei olegi otseselt oluline, millise ajamiga see nõrk, aga konstantne kiirendus saavutatakse. Tõsi on, et NTP ei saa olla selleks, vaid tegemist oleks pigem keemilise asendajaga. Samas on NTP oma voorused, kuna kütuseks on naftasaaduse asemel vesnik, mida on võimalik leida või toota ka mujal kui Maalt, näiteks Kuult. Kuu L1 startides võib see vähendada kütuse ettevedamise kulu, eeldusel muidugi vastavat infrat Kuul.

[olevtoom]

Need pideva toimega elektrilised ajamid on kahtlemata toredad, kuid toovad vägisi mängu ikka sellesama Queen Mary. Vahepeal üsna popp olnud ja reaalsete katsetusteni jõudnud VASIMR arendas elektrivõimsuse 200 kW toel tõukejõudu 5 N. Ehk pisut alla poole kilo. Sajatonnisele kosmoselaevale (aga väiksematest ei taha keemiliste rakettide vastased üldiselt rääkidagi) annaks see kiirenduse 0,00005 m/(s*s). Oletades, et Maa ja Marsi vahekaugus on 60E6 km, kestaks lend sellise kiirendusega umbes 2500 päeva. Ei ole hea mõte.

Noh, aga keerame volüümi juurde. VASIMR arvestab 200-megavatise elektrienergiaallikaga. Sel juhul oleks tõukejõud 5000 N ja kiirendus 0,05 m/(s*s). Ja kuigi see ei tundu teab mis käbe, jõuaksime oma 100-tonnise laevaga 60 miljoni km kaugusel oleva Marsini umbes 25 päevaga. Vägev!

Vägev? Järgmine, kuid ebamugav küsimus on see, kust see 200 MW tuleb. Kõige loomulikum oleks arvata, et pardal olevast tuumaelektrijaamast. Aga nüüd tekib aga. Kui praegusi väikeste reaktorite projekte vaadata, siis näikse 1 MW jaoks vaja olevat umbes 30 kuni 50 tonni. Ja isegi kui saavutada 5 t/MW, siis kaaluks pisike pardareaktor 1000 tonni, mida on 100-tonnise laeva jaoks pisut paljuvõitu.

Noh, aga teeme pisut suurema laeva? Näiteks 1500-tonnise. Sellele annab tõukejõud 5000 N kiirenduse 0,0033 m/(s*s) ning meie seiklusrikas Marsi-retk kestab ligi 100 päeva....

Aga päikesepaneelid? Need töötavad kosmoses ju paremini kui atmosfääris. Maa juures langeb igale ruutmeetrile 1361 W jagu päikesekiirgust, kuid meie elektrijaam peab ka Marsi juures töötama, ja seal on solaarkonstant 590 W/(m*m). Ma ei tea, kui kõrge kasutegurini on uusimad päikesepaneelid jõudnud, kuid olgem optimistid ja võtkem selleks 40 %. Ümardatult annab iga ruutmeeter päikesepaneele Marsi juures siis 250 W. Kahesaja megavati jaoks kulub neid ruutmeetreid 800 000.
Praeguste päikesepaneelide mass on 10 kuni 20 kg/(m*m). Arvatavasti saaks kosmosepaneelide massi kõvasti alla võtta (seal näiteks ei saja vihma ega puhu tuul). Oletame, et 1 ruutmeeter kaaluks 1 kilo. Millest on lihtne arvutada, et "päikesepatarei" kaaluks 800 tonni. Ei saanud tuumajaamast palju parem. Pealegi ei arvestanud me siin nende paneelide kandekonstruktsiooni.

Nii et elektriajam on igati ilus ja hea seni, kui arvutama ei hakata.

[Kriku]

100 päeva oleks ka hulga rutem kui praegu.

[olevtoom]

100 päeva oleks ka hulga rutem kui praegu.

Seda'nd muidugi, ainult et 180 päeva on tehtav Starshipiga, 100 päeva aga mingi Battleship Galacticaga.

Nii igaks juhuks märgin, et need pideva veoga ajamid üldiselt stardiaknaid ära ei kaota, vaid teevad avaramaks. Ka sellise laevaga ei ole hea mõte startida siis, kui Marss hakkab teisele poole Päikest jõudma.

[pwn13]

kas marsile mineku aken nn tava rakettidega pole mitte iga 2 aasta tagant

[olevtoom]

kas marsile mineku aken nn tava rakettidega pole mitte iga 2 aasta tagant

Jah, korduvad iga 26 kuu tagant, ja selle algpõhjus on, et Marsi aasta on Maa aastast 1,88 korda pikem.

Mis meenutas mulle, et on kaks Marsi-missioonivõimalust. (Kui järgnev liiga üldtuntud on, võib ära kustutada).

Need on nn. ühenduse-missioon (conjunction mission) ja vastasseisu-missioon (opposition mission). Nimed on saanud selle järgi, missuguses seisus Päikese suhtes on Marss missiooni algushetkel (Maalt vaadatuna muidugi). Esimesel juhul on Marss ja Päike näivalt samas kohas (tegelikult Marss Päikese taga). Teisel juhul asuvad Marss ja Päike vastupidistes suundades.

Ajalooliselt oli vähemasti NASAs eelistatum vastasseisu-missioon. Selle puhul õnnestub kogu reisi pikkust lühendada selle nipiga, et tagasilennul kasutatakse Veenust linguefekti saamiseks -- ja laeva kiirendamiseks.
Reisi etappide kestvus on järgmine (siin ja järgnevas on kasutatud n.-ö. reisijate-orbiiti, mis Hohmanni 9 kuu asemel viib laeva Maalt Marsile 6 kuuga):
Maalt Marsile 180 päeva
Viibimine Marsil 30 päeva
Tagasilend 430 päeva
Kokku 640 päeva

Möödunud sajandi 90. aastatel märgati aga, et asjaks -- Marsi uurimiseks -- jääb vastasseisu-missioonil vähem kui 5 % kogu reisi ajast, mis tõi päevakorda ühenduse-missiooni.
Ühenduse-missiooni vastavad ajad on järgmised:
Maalt Marsile 180 päeva
Viibimine Marsil 550 päeva
Tagasilend 180 päeva
Kokku 910 päeva

Siin jääb Marsi uurimiseks 60 % kogu reisi ajast. Pealegi veedetakse kosmoselaevas 360 päeva vastasseisu-missiooni 610 päeva asemel. Pealegi jääb ära möödalend Veenusest (Venus flyby aka Venus fryby), mis kiirguskartlikele niikuinii eriti ei sobiks.

[Kriku]

Kordamine on tarkuse ema.

Muide, see on huvitav, kuidas ulmekirjanduses (ka Asimovil, kes ju ise loodusteadusliku haridusega, kuigi keemik) väga paljudel juhtudel:
1) tegelased põrutavad suvaliselt planeedisüsteemi mööda ringi, ilma et mainitaks poole sõnagagi planeetide liikumist üksteise suhtes või gravitatsioonilisi efekte - ju siis on mootorid juba sellised, et planeetide gravitatsioon loeb sama vähe kui Tallinn-Tartu maantee ääres puhkava rändrahnu oma;
2) toosinane põrutamine toimub ikka ekliptikatasapinda mööda ja ühe juurest teiseni - st kui väljastpoolt Maa suunas tullakse, siis esimesena möödutakse Neptuunist, siis Uraanist jne., nagu bussipeatusse minnakse kõigepealt "Maxima" ja siis "Rimi" eest mööda.

Kui päriselt hakkab kunagi planeetide vahel liiklus käima, siis see meenutab ettenähtavas tulevikus veidi purjelaevandust, kui tuli ennast passaatide järgi sättida. Analoogia muidugi on kehv.

[olevtoom]

[OT]Kui hakata mingite vahemaade, kiiruste ja kiirendustega arvestama, siis enamasti ei kuku huvitavalt välja.
Omapärane teos on ses mõttes Martõnovi paljukirutud ja -irvitatud "220 päeva tähelaevas", kus Marsile lendu Veenuse kaudu kirjeldatakse geomeetriliselt üsna täpselt, kuid dünaamika kirjeldus ei kõlba isegi kassi saba alla.
Üleüldse on vahemaadega igavesti jama värk. Näiteks kosmoseavariide lood, kus hädasolijatele appi tõtatakse, ei arvesta enamasti selle pisiasjaga, et päästjatel võtab päästetavateni lendamine paar nädalat, samas kui päästetavatel jätkub hapnikku vaid paariks tunniks.[/OT]