Ardaitheoir Spáis… Ar Iúpatar?

Coincheap Bunaidh 100%.

Bheadh ​​ardaitheoir spáis ar Iúpatar i bhfad difriúil ón gceann a tógadh ar phláinéid sholadach (Creidmheas Íomhá: Jack Rometty).

An Coincheap

Caithfidh mé teacht glan. Nuair a bhí mé ag smaoineamh ar dtús post a scríobh ar Meán faoi ardaitheoirí spáis, bhí mé chun é a dhéanamh ar fheidhmeanna agus úsáidí ardaitheoirí spáis atá bunaithe ar an Domhan. Tar éis níos lú ná uair an chloig de thaighde, áfach, fuair mé amach go ndearnadh iniúchadh maith ar an ábhar seo cheana féin, agus nach raibh aon ghá le m’ionchur amhantrach, tuairim-bhunaithe den chuid is mó ar an ábhar. Bhí mé fós ag iarraidh post a dhéanamh faoi ardaitheoirí spáis, ach theastaigh uaim rud éigin nua a dhéanamh.

Mar sin smaoinigh mé ar thógáil ardaitheoirí spáis ar pláinéid agus ar ghealaí eile den ghrianchóras, rud a chuir díomá orm, rinneadh taighde agus doiciméadacht an-mhaith air freisin. Is féidir ardaitheoirí spáis ar an nGealach a thógáil go pointí Lagrangian Domhan-Gealach ina gcuireann domhantarraingt an Domhain agus na Gealaí a chéile ar ceal, agus tá ardaitheoirí spáis Mars chomh praiticiúil go bhféadfaí iad a thógáil le teicneolaíocht agus ábhair an lae inniu, mar gheall ar dhomhantarraingt íseal an phláinéid. agus ráta casadh réasúnta tapa fós.

Coincheap ardaitheoir spáis Mars.

Bhraith mé go leor useless. Shíl mé liom féin, “Cad iad na pláinéid nó na gealaí creagach eile atá fágtha sa ghrianchóras a d’fhéadfadh feidhmchláir phraiticiúla ardaitheoir spáis a úsáid?!” Agus ansin d’athraigh mé an cheist. "Cén fáth go gcaithfidh sé a bheith ina phláinéid chreagach?"

Cén fáth Iúpatar?

Is dóigh go mbeidh ar shoithí spáis na todhchaí breoslaí mais íseal, neamh-ghalaithe a úsáid chun an treoluas sceite agus an sá is mó a bhaint amach. Sampla de spásárthach den sórt sin is ea long a úsáideann tiomántán comhleá, a chomhcheanglaíonn dhá iseatóp hidrigine, deoitéiriam agus tritiam, ina héiliam chun sá a bhaint amach. Is foinsí breosla iontacha iad deoitéiriam agus tritiam do spásárthaí sa todhchaí, ach ní bhfaighimid iad go minic ar an Domhan toisc nach bhfuil tarraingt imtharraingthe an Domhain láidir go leor chun na hadaimh mhais íseal seo a choinneáil ann.

Iontráil Iúpatar. Is é Iúpatar 9/10 hidrigin go litriúil, agus héiliam 1/10. Ag an bpointe seo bhí mé ag smaoineamh conas a d’fhéadfadh sé go mbeadh sé indéanta ardaitheoir spáis a dhearadh chun cuid d’atmaisféar Iúpatar a “scoop” ag foirceann amháin, agus cuid den mhais sin a iompar suas tríd an seafta ardaitheora go stáisiún fithiseach, i bhfad os cionn atmaisféar Iúpatar, chuig fónamh mar iosta athbhreoslaithe do spásárthaí idirphlanagúla (nó fiú idir-réaltach fiú).

Dúnadh atmaisféar Iúpatar ó spásárthaí Juno.

Is dócha go bhféadfaí an feidhmchlár seo a úsáid ar aon cheann de na fathaigh gháis, ach is é Iúpatar an rogha is gaire agus is praiticiúla. Nuair a thaistealaíonn tú níos faide amach ón gcóras gréine, d’éalaigh tú cheana féin an chuid is mó d’fhuinneamh féideartha imtharraingthe na gréine, agus ag an bpointe sin féadfaidh taistealaí idir-réaltach fiafraí díobh féin cén fáth ar úsáid siad an oiread sin breosla chun iad féin a mhoilliú go treoluas fithiseach Neiptiún, amháin a bheith ag luasghéarú arís chun leanúint ar aghaidh ar a dturas.

An Dearadh

Tá ceithre phríomh-chomhábhar in ardaitheoir spáis traidisiúnta; ancaire chun fónamh mar bhunáit, stáisiún fithiseach (nó réad ollmhór) chun fónamh mar fhrithmheáchan, seafta nó teidí a nascann an dá cheann, agus carr dreapadóireachta, nó ardaitheora, a théann suas agus a shíolraíonn an seafta. Ní mór ardaitheoir spáis a dhearadh sa chaoi is go bhfithisíonn lár mhais an struchtúir iomláin ag fithis gheochobhsaí, ionas go mbeidh fórsa láraimsitheach an fhrithmheáchain cothrom le fórsa domhantarraingthe ar an ancaire, atá ceangailte le dromchla pláinéadach. Bíonn an teannas i gcónaí ag teannas, agus mar sin ní spreagann an t-ardaitheoir aon mheáchan ar an Domhan, agus ní éilíonn an fithis aon fhuinneamh breise (níos faide ná smeacháin inghluaiste) chun an t-ardaitheoir spáis a choinneáil seasmhach.

Ardaitheoir spáis Domhan-bhunaithe, nach gá aon ionchur fuinnimh chun fanacht seasmhach.

Beidh sé an-éagsúil ardaitheoir spáis a dhearadh le bheith ag feidhmiú in atmaisféar Iúpatar. Toisc nach bhfuil aon dromchla soladach ag Iúpatar, beidh ar an “ancaire” a bheith ina struchtúr atmaisféarach, ag fanacht ar chomhchéim le teannas an chábla, agus le fórsaí aerodinimiceacha. Ciallaíonn easpa dromchla soladach Iúpatar freisin nach bhfuil fithis gheochobhsaí aige go teicniúil. Ní chuireann sé sin cosc ​​ar ardaitheoir spáis a thógáil, áfach, fad is a théann lár na maise Iúpatar i bhfithis chiorclach cobhsaí. Is é seo an coincheap céanna le cáblaí a bhfuil mais chomhionann acu a leathnú amach as gach ceann den ISS, ceann i dtreo an Domhain, agus ceann amach ón Domhan. Is é an ISS lár na maise i gcónaí, mar sin leanfaidh a bhfithis de bheith seasmhach. Is é sin, go dtí go mbuaileann deireadh Cruinne an chábla an t-atmaisféar…

Seo an áit a n-imíonn m’ardaitheoir spáis an chuid is mó ó dhearadh traidisiúnta. Toisc go mbeadh foirceann amháin d’ardaitheoir spáis Iúpatar san atmaisféar i gcónaí trí dhearadh, beidh fórsa ar gcúl i gcónaí ag an gcríoch sin, agus toisc nach bhfuil an fórsa sin ach ar cheann amháin den ardaitheoir spáis, chasmhóimint mar thoradh air sin freisin. Éileoidh sé seo sá ón ancaire agus ón áis fithiseach chun dul i gcoinne an lánúin chasmhóiminte fórsa seo chun fithis chobhsaí a choinneáil.

Léaráid de ardaitheoir spáis Iúpatar, ag taispeáint tarraing atmaisféarach mar ghrádán.

D’fhéadfadh dearadh an ancaire a bheith cosúil le dearadh thruster ramjet anseo ar an Domhan, áit a dtéann hidrigin supersonic isteach i foirceann amháin, téitear suas é ag úsáid sraith de mhicreathonnta nó léasair, agus ansin déantar é a dhíbirt ag treoluas níos gasta fós chun an sá riachtanach a tháirgeadh le dul i gcoinne an tarraing ón atmaisféar. Ar an mbealach, bhaileofaí céatadán den mhais seo agus chuirfí suas an seafta ardaitheora é le stóráil sa tsaoráid fithiseach don stáisiún athbhreoslaithe, agus le húsáid le haghaidh sáruithe frithchúitimh an stáisiúin. Ar dtús, shamhlaigh mé an t-ancaire le tumadh síos in atmaisféar Iúpatar áit a bhfuil an brú mar an gcéanna leis an mbrú ar an Domhan: 1 bhar.

Mo réamhdhearadh atmaisféarach “ancaire” atmaisféarach.

Is dóigh go mbeadh lár maise an ardaitheora ag fithisiú réasúnta gar do “dhromchla” Iúpatar (sa chás go bhfuil a bhrú mar an gcéanna leis an mbrú ar an Domhan, 1 bhar), b’fhéidir nach bhfuil ach míle ciliméadar nó mar sin os a chionn. Ciallaíonn sé seo go mbeidh treoluas atmaisféarach an ancaire ollmhór. Chun é seo a chur san áireamh, caithfear an seafta ancaire agus ardaitheoir a dhearadh le trasghearrthacha aerfhoil diamanta osnádúrtha. Beidh fad iomlán an seafta comhdhéanta de roinnt codanna siúntáilte, b’fhéidir céad méadar ar fhad nó mar sin an ceann, chun solúbthacht sa dearadh a cheadú.

Smaointe coincheapa don seafta ardaitheora, leis an seafta hidrigine sa lár, agus an dá seafta iompair dhaonna ar an taobh amuigh. Tabhair faoi deara freisin na hailt, a bheadh ​​i dtrí thoise, ina hailt liathróid chun solúbthacht 360 céim a cheadú.

Mar fhocal scoir, níl de dhíth ar an stáisiún fithiseach ach calafoirt dugaireachta chun athbhreoslú a cheadú, agus is é a thréas féin chasmhóimint fhrithchúitimh a sholáthar don chasmhóimint atmaisféarach roimhe seo. Is féidir an coincheap dearaidh foriomlán a fheiceáil thíos.

Coincheap dearaidh deiridh (gan scála, lol).

Ag brú na n-uimhreacha

Bhí a fhios agam ar an bpointe boise go raibh an iomarca athróg ann chun é seo go léir a ríomh de láimh, agus mar sin chruthaigh mé clár MATLAB chun cabhrú liom réiteach atriallach a dhéanamh ar an dearadh is fearr. Ba é an chéad chéim roinnt tréithe sainmhínithe de mo ardaitheoir a shocrú ionas nach mbeadh an oiread sin athróg ann. D'úsáid mé mo raon leathan intuition innealtóireachta chun roinnt paraiméadair tosaigh a roghnú. Tá na paraiméadair seo a bhfuil bonn cirt leo thíos:

  • Áis fithiseach ag 2000 km, áit a bhfuil brú atmaisféarach Iúpatar mar an gcéanna le Earth LEO (áit a bhfithisíonn an ISS). Is airde ard go leor é seo chun ligean do spásárthaí athbhreoslú a dhéanamh, ach íoslaghdaíonn sé fad an ardaitheora freisin, ag sábháil costas ar ábhair agus ar thógáil.
  • Comhéifeachtaí tarraing supersonic an seafta agus ancaire de 0.2 agus 0.5 faoi seach, toisc go mbíonn comhéifeachtaí tarraing supersonic réasúnta íseal de ghnáth.
  • Is cruth diamant é trasghearradh seafta ardaitheora le fad 10 méadar agus leithead 3.5 méadar. Tá sé seo mór go leor le gur féidir ualaí pá móra a sheoladh suas agus síos, chomh maith leis na maiseanna hidrigine.
  • Is iad toisí ancaire iontógáil 35 * 35 méadar le fad 100 méadar.
  • Bailítear 12 kg / s de hidrigin chun an umar athbhreoslaithe a líonadh. Is leor é seo chun an Satarn V a líonadh i ~ 46 uair an chloig, rud a fheictear go cóir.

Ba é an chéad chéim eile an fórsa tarraing ar an seafta ardaitheora a chinneadh. Seo a leanas an fhoirmle le haghaidh fórsa tarraingthe:

Fórsa foirmliú tarraing.

Cá háit:

  • rho = dlús aeir
  • A = achar dromchla san aer-sruth
  • C_D = Comhéifeacht tarraing
  • v = treoluas sruth aeir

Is furasta an fórsa tarraingthe ar an ancaire a chinneadh, toisc go bhfanann na paraiméadair sin go léir seasmhach ag airde tairiseach, cosúil le heitleán. Mar sin féin, is lú an seafta ardaitheora cosúil le heitleán, agus níos cosúla le buicéad a luascadh ar rópa timpeall ort go gasta. Tá an treoluas is gasta sa bhuicéad (stáisiún fithiseach), cé go bhfuil treoluas an rópa (an seafta) ag brath ar an bhfad uait, agus tá treoluas níos moille níos gaire do do chorp. Sin é an fáth go raibh sé chomh deacair réiteach don fhórsa tarraingthe ar an seafta ardaitheora. Go litriúil tá gach athróg ag athrú. Faigheann dlús atmaisféarach Iúpatar níos tanaí ag airde níos airde, agus éiríonn an treoluas níos gaire don stáisiún fithiseach.

Shimpligh ardaitheoir spáis go dtí an pointe nach bhfuil ann ach buicéad uisce sníomh. (* Ní thaispeántar buicéad luascadh kid lag gan choinne *)

Fadhb ann féin ab ea réiteach a dhéanamh ar dhlús aeir Iúpatar toisc nach raibh mé in ann teacht ar shamhail ar bith ar líne a léiríonn dálaí atmaisféaracha Iúpatar. Bhí orm mo fhoirmlí féin a chumadh chun brú agus teocht a shamhaltú bunaithe ar shonraí ó Wikipedia, agus ansin an dlí gáis idéalach a úsáid chun réiteach a fháil ar dhlús aeir. Nuair a bhí na hathróga seo go léir crunched agam, d'fhéadfainn a bheith mar dhlúthchuid le réiteach don tarraing ar an gcábla.

Teochtaí atmaisféaracha Iúpatar agus brúnna ar airde.

Chomh luath agus a bhí an fórsa tarraingthe iomlán agam mar dhlúthchuid os cionn airde, d’fhéadfainn an fórsa agus an chasmhóimint a spreagfadh atmaisféar Iúpatar a spreagadh ar an ardaitheoir… Cosúil leis an mbuicéad céanna sin a luascadh ó roimhe seo trí chonair séidire duille a bhrúnn sé ar gcúl. Ligfeadh sé seo dom fórsa na n-inneall a chinneadh a thabharfadh sá na frithchúitimh don tarraingt atmaisféarach seo. Cothromóid statach shimplí a bhí anseo:

Deir íomhá go léir.

Ar dtús, smaoinigh mé ar inneall go hiomlán ar leithligh a úsáid chun an sá a sholáthar, cosúil le tiomántán comhleá nó roicéad ceimiceach anraithithe ag úsáid cuid den hidrigin a bhailítear. Ach ansin thuig mé go bhfuil an t-ancaire seo deartha cheana féin mar iontógáil gigantic ag sú isteach san aer cosúil le ramjet, agus gach rud a chaithfeadh sé a dhéanamh ná an hidrigin a theastaíonn uaidh don áis fithiseach a bhailiú, agus ansin an chuid eile de a théamh mar ifreann chun a treoluas a mhéadú amach an droim ar ais chun sá a chruthú. Chun an teocht seo a chinneadh, bheadh ​​orm an treoluas sceite riachtanach a bheith ar eolas agam, agus a chinneadh go mbeadh orm réiteach a dhéanamh don ráta sreafa maise. Éasca peasy.

Cothromóid ráta sreafa maise.Cothromóid sá.

Is é “A” anseo ár limistéar iontógáil. Ceart go leor, mar sin tá an fhadhb bheag seo ann gan mo nozzle a leathnú go dtí an brú comhthimpeallach (Pe-Po sa chothromóid), a bhainfidh beagán ón sá iomlán atá orm, ach rith mé géarchor gasta agus fuair mé amach nach bhfuil cuir isteach go mór air agus tú ag caint faoi sá ar ord 10⁸ N (Sea, seo an méid a d’fhéadfadh a bheith ag teastáil uainn). Mar sin, chun mo chuspóirí agus mo chuspóirí, níl sa sá i ndáiríre ach an ráta sreafa maise arna iolrú faoin treoluas sceite. Ligfeadh sé seo dom treoluas sceite a réiteach agus, ar a seal, teocht an tseomra “dócháin” ag glacadh le gnáthchumraíocht ramjet.

Tá na teochtaí seomra atá riachtanach don “ramjet” seo i bhfad os cionn innill ramjet traidisiúnta anseo ar an Domhan, agus mar sin teastaíonn modh difriúil seachas dócháin chun an t-aer atá ag teacht isteach a théamh go teochtaí oiriúnacha. Ag an bpointe seo, ní raibh ach réiteach amháin ann; micreathonnta. Ach glacann micreathonnta cumhacht. Chun cumhacht a réiteach, caithfidh tú a fháil amach go litriúil conas gás atá ag teacht isteach a théamh ag taisteal ag ~ 40,000 m / s ó thart ar 200 K go> 8000 K i gcéin ar fhad istigh an ancaire (céad méadar b’fhéidir?). Sea, tá imoibreoir núicléach cumhachtach ag teastáil uainn.

An ghrian, a bhfuil 8000 K níos teo ná dromchla…

Anois tá buicéad againn ag sníomh timpeall Iúpatar ag treoluas hypersonic ag screadaíl tríd an atmaisféar agus ag dul i gcoinne na bhfórsaí go léir lena shraith innill féin, ag iompar mais suas seafta 2000 ciliméadar go stáisiún fithiseach chun fónamh mar phost athbhreoslaithe. Cruthaíonn sé seo fadhb amháin eile ... Isaac Newton ar a dhícheall (nó is measa).

Nuair a iompraíonn tú mais go leanúnach suas seafta ardaitheora, spreagann tú fórsa mar thoradh air anuas ar struchtúr an ardaitheora. Níl mórán ann (i gcomparáid le mais an ardaitheora iomláin), ach ba leor é chun a fhithis a dhíchobhsú thar cúpla lá nó seachtainí. D’fhéadfaí dul i gcoinne seo go simplí tríd an ancaire a dhearadh mar airfoil de shaghas, ag uillinn bheag ionsaithe chun fórsa ardaithe aníos a chruthú ar an ardaitheoir chun é a choinneáil seasmhach.

Fágadh gach rud eile san eolaíocht. Ansin rith mé an clár arís agus arís eile le go leor airde ancaire éagsúla le fáil amach cé acu ceann a thug na torthaí is tarraingtí. Seo roinnt samplaí:

Ancaire ag 0 km (brú atmaisféarach 1 bhar), agus aibhsíodh srianta dearaidh tábhachtacha.

Ar dtús rinne mé iarracht leis an ancaire ag 1 bhar de bhrú atmaisféarach, nó 0 km. Tabhair faoi deara ar dtús go bhfuil an sá gargantuan, rud éigin ar ord 10¹³ N, nó beagnach milliún roicéad Satarn V. Ar an dara dul síos, tá an ráta sreafa maise mealltach agus is dócha go mbeadh sé go leor chun aon chineál struchtúir ancaire a chuimilt go píosaí. Is é an treoluas sceite codán mór de luas an tsolais, agus tá teocht an tseomra dócháin níos teo ná dromchlaí réaltaí ollmhóra gorma. Faoi dheireadh, tá an chumhacht riachtanach chun an seomra sin a théamh le micreathonnta agus / nó léasair rud éigin cosúil le haschur 25,000 imoibreoir eamhnaithe núicléach nua-aimseartha. Níl sé seo ach amaideach. Ar ndóigh, ní mór don ancaire a bheith níos airde suas san atmaisféar ina mbeidh an tarraing níos ísle.

Tar éis roinnt athrá, bhí mé an-sásta le paraiméadair mo ardaitheora nuair a bhí an t-ancaire ag airde 237 km:

Ancaire ag 237 km, agus aibhsíodh srianta dearaidh tábhachtacha.

Tá an sá anseo beagán ard, ~ 5 * 10⁸ N (15 Satarn V), agus sáraíonn teocht an tseomra 8000 K de mhéid cothrom (níos teo ná dromchla na gréine), ach tá go leor de na hairíonna eile cothrom go leor. Tá an ráta sreafa maise faoi bhun 2000 kg / s, nach méid dochreidte struis é ar an ancaire, agus tá an treoluas sceite laistigh de raon na roicéad eamhnaithe agus comhleá teoiriciúil go luath (ish). Tá an chumhacht a theastaíonn chun an gás atá ag teacht isteach a théamh go dtí an treoluas ceart inchomparáide le cumhacht imoibreoirí eamhnaithe meánmhéide nua-aimseartha a chumhachtaíonn cathracha ar an Domhan, agus tá an t-atmaisféar fós tiubh go leor chun dóthain breosla a bhailiú le haghaidh ár bpost athbhreoslaithe.

Conclúid

An bhfuil sé indéanta? Ní le teicneolaíocht an lae inniu, níl. Beidh orainn cúpla léim a dhéanamh i dtiomáint, i gcumhacht núicléach, i rialú teirmeach agus in eolaíocht ábhair chun go mbeidh an smaoineamh seo praiticiúil.

Ach an bhfuil sé praiticiúil? Go leor b’fhéidir. Mura mbeadh ar longa ach a ndóthain breosla a iompar chun dul go dtí Iúpatar, in ionad an breosla go léir a aiseag chun dul ar ais chomh maith, d’fhéadfaí longa a thógáil níos mó agus níos gasta, agus a gcumas agus a raon iompair a mhéadú.

Cloud City, Bespin, ón tsraith Star Wars.

Ar deireadh, an mbeadh sé gleoite? Ifreann sea a dhéanfadh sé! Smaoinigh ar a fheabhas a bheadh ​​sé mega-struchtúr bailithe breosla a bheith ag fithisiú Iúpatar ag an leibhéal is ísle d'fhithis! Cleas ollmhór eolaíochta agus innealtóireachta a bheadh ​​ann. Ina theannta sin, bheadh ​​cuma uamhnach air dul chuig longa, cosúil le ceann de na cathracha aisteach sin ar snámh ó Star Wars ar Bespin (bun os cionn?)

Ar chaith mé an iomarca ama ar an tionscadal seo? Is dócha, sea. Go raibh maith agat as an léamh!