"Железный bob-3" или оптимальная компоновка "медленного зонда"

[bob]

Итак, дамы, господа и товарищи, в темах
Принцип вечного реактора
Экзо-Розетта, проснись (Межзвёздный вояджер-3)
Звездолёт-ковчег нового поколения: Bob's interstellar colony ship
мы достаточно продвинулись, посредством совместного мозгового штурма, в части разработки эскизника элементной базы "медленного зонда", который мог бы исследовать удалённые объекты облака Оорта и ближайших звёзд. Не будем здесь ставить вопрос о его полезности и надобности. Я сам неоднократно подчёркивал, что они сомнительны. Рассмотрим только техническую возможность. Элементная база и энергетическая установка, способные работать тысячами лет, у нас практически есть. Точнее пока что нет, но уже очевидно, что их можно сделать, если ещё немного подумать. Наш зонд не погибнет из-за деградации топлива и оборудования, диффузии материалов, космических лучей и прочих причин. До цели он доползёт, и активизируется около цели, так или иначе. Не мытьём, так катаньем, долго ли, коротко ли, как сказка сказывается. Теперь предлагаю в параллель к тем разработкам, перейти к компоновочным вопросам. У кого какие будут предложения по облику зонда: из каких узлов и агрегатов он будет состоять, как их оптимальнее разместить, малой кровью, что называется?
ТЗ на это достаточно очевидно:
1. Нужны "вечные реакторы" мегаваттного класса в стиле Принцип вечного реактора или им подобные, стоящие в холодном, горячем или полухолодном резерве.
2. Нужен многократно резервированный блок оборудования и управления.
3. Нужна антенна связи очень большого диаметра, поскольку чем больше антенна, тем на большем расстоянии и на большей частоте мы сможем держать с ним связь.
4. Всё это должно быть компактно упаковано под обтекателем тяжёлой или сверхтяжёлой ракеты-носителя, так как альтернативы современным средствам выведения на низкую орбиту в ближайшие столетия не предвидится. (Можно предусмотреть и многопусковую схему со стыковкой компонентов на низкой орбите, но лично я сторонник однопусковых "коробочных решений" по принципу "выстрелил-и-забыл". Любая сложность в технике паразитна.)

Предложения?

[bob]

Для затравки скажу, что всё придумано до нас, и отступать от предыдущих наработок слишком далеко я не намерен. Компоновка "Пионеров", "Вояджеров" и "Кассини" вполне удачна. За одним исключением: чтобы уместиться под обтекатель, аппарат с огромной антенной должен быть складным трансформером, разворачивающимся в полётную конфигурацию только после выхода на гиперболическую траекторию. Там этого не требовалось, поскольку и задача сверхдальней связи не стояла. Грубо говоря любой дальний разведчик это антенна связи, прежде всего. И на неё навешивается всё остальное по мере буйства фантазии и степени испорченности авторов.  Подвижный РТ-20 или -40, как минимум, нам нужен. А то и больше.

[bob]

Итого, начинаем... Аппарат представляет собой цилиндрическую упаковку всего, что нам надо...

[viesis]

Для затравки скажу, что всё придумано до нас, и отступать от предыдущих наработок слишком далеко я не намерен. Компоновка "Пионеров", "Вояджеров" и "Кассини" вполне удачна. За одним исключением: чтобы уместиться под обтекатель, аппарат с огромной антенной должен быть складным трансформером, разворачивающимся в полётную конфигурацию только после выхода на гиперболическую траекторию. Там этого не требовалось, поскольку и задача сверхдальней связи не стояла. Грубо говоря любой дальний разведчик это антенна связи, прежде всего. И на неё навешивается всё остальное по мере буйства фантазии и степени испорченности авторов.  Подвижный РТ-20 или -40, как минимум, нам нужен. А то и больше.

Для передачи большая антенна не нужна, поэтому можно применить только одностороннюю связь, зонд будет работать по адаптирующейся программе.

[bob]

Для передачи большая антенна не нужна, поэтому можно применить только одностороннюю связь, зонд будет работать по адаптирующейся программе.

Нет, и ещё раз нет. Это Вам скажет любой связист. Мощность на диаметр передающей антенны - вот, что решает вопрос о диапазоне и дальности. Адаптирующаяся на месте программа не поможет Вам отправить сведения на Землю. Она их соберёт, но отправить не сможет.

[bob]

Продолжаем запуск...

[bob]

Ну, вот, собственно, и всё. Зонд закручен вокруг оси направления полёта. Реакторы отодвинуты подальше от аппаратуры, и прикрыли её теневой радиационной защитой от собственного излучения. Теперь их можно включать. А зонд в целом спереди прикрыт антенной, выполняющей попутно роль щита Холла от встречной пыли и газа. Что самое интересное, по мере износа антенны как щита мы всё равно будем вынуждены переходить при передаче на всё большие длины волн. Когда от трения о среду облетит фольга, мы уже давно вынужденно перейдём на дециметровый диапазон. Когда лопнет связующая проволока дециметрового шага - на метровый. Потому, что на большем уже всё равно не удастся ничего передать. В общем, у цели от антенны останется один реечный каркас метрового шага, который больше всего подойдёт для передачи оттуда...

[bob]

Относительно охлаждения реакторов - думаю, что антенна диаметром в десятки метров - отличный радиатор. Тем более, что и включать реакторы мы планируем эпизодически, очень ненадолго Принцип вечного реактора

В целом пойдёт, или есть серьёзные возражения?

[Ultima Thulean]

Не совсем то, но близко по концепции: Interstellar precursor mission

http://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0ahUKEwjIr4bnh7zXAhWB_aQKHXM0Cn8QFggpMAA&url=http%3A%2F%2Fwww.niac.usra.edu%2Ffiles%2Fstudies%2Ffinal_report%2F76McNutt.pdf&usg=AOvVaw0fZuoPRCNE2fZr_NvoJtuY

http://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0ahUKEwjIr4bnh7zXAhWB_aQKHXM0Cn8QFggxMAE&url=http%3A%2F%2Fwww.niac.usra.edu%2Ffiles%2Fstudies%2Ffinal_report%2F393McNutt.pdf&usg=AOvVaw39cYBpRMDHN4v_-CsrlgmB


https://www.researchgate.net/publication/252122578_Leaving_the_Heliosphere_A_Nuclear-Powered_Interstellar_Probe

[bob]

Не совсем то, но близко по концепции: Interstellar precursor mission

Все подобные проекты похожи. Но заметьте - с энергоустановкой они не справились. Компоновка у них тоже проигрывает. Посмотрите на рисунок: в длительном полёте она просто опрокинется, как "гайка Джанибекова". Тяжёлые узлы и агрегаты, вроде реакторов, надо размещать в плоскости вращения, а не на его оси. Это понятно даже ребёнку, играющему с волчком. В общем, то, что "медленный зонд" возможен - и ежу понятно. Но проектировать его надо с учётом правил здравого смысла. Просто посмотрите, что у них нарисовано, и станет ясно, что это просто фантазия, а не результат суровой необходимости:

[Ultima Thulean]

Это был первоначальный вариант, позже вроде сделали нарисовали в одной плоскости:

[bob]

Ну и время полёта, конечно. Всё-таки, прежде, чем что-то подобное запускать, надо будет довести подлётное время хотя бы до сотен лет. Лет триста - это ещё не смертельная проблема (хотя, уже очень плохо). Со временами Ломоносова, Ньютона или Гюйгенса мы ещё чувствуем психологическую связь, они нам кажутся почти современиками. Но вот если тысячи лет, то смысл полёта будет утрачен, как у пирамиды Хеопса, и некому будет вести приём результатов. Но это так: мысли в сторону. Нас прежде всего интересует техническая возможность.

[Ultima Thulean]

Смысл-то пирамид понятен (увековечить своих фараонов), только никому давно не нужен (кроме археологов). Если человечество доживёт до того времени (и примет результаты), то они будут просто историческим курьёзом.

Меня лично, следовательно, интересует только сравнительно короткая миссия максимум типа TAU (1000 а.е.). Десятки-немногие сотни лет.

[OratorFree]

[Зануда]

Что самое интересное, по мере износа антенны как щита мы всё равно будем вынуждены переходить при передаче на всё большие длины волн. Когда от трения о среду облетит фольга, мы уже давно вынужденно перейдём на дециметровый диапазон. Когда лопнет связующая проволока дециметрового шага - на метровый. Потому, что на большем уже всё равно не удастся ничего передать. В общем, у цели от антенны останется один реечный каркас метрового шага, который больше всего подойдёт для передачи оттуда...

Что-то я туплю. Чем длиннее волна, тем шире главный лепесток параболической антенны (при прочих равных), следовательно, тем меньше её коэффициент усиления. (Хотя, с другой стороны, тем ниже требования к точности поддержания формы параболы и наведения антенны). И тем выше (на Земле) уровень индустриальных и природных помех. Поэтому для дальней космической связи используются сантиметровые волны.

// Для "Вояджеров" были выбраны частоты  2295 МГц и 8418 МГц. Для сравнения, для первого спутника - 20 и 40 МГц.

А вы пишете о дециметровых (в середине) и метровых (в конце полёта). Вы точно ничего не путаете?

[bob]

Вы точно ничего не путаете?

Да. Спасибо за поправку. Заболтавшись, спутал длину со временем накопления. Чем выше частота, тем лучше, но модуляция будет всё медленнее. Чем дальше, тем меньше достоверно принимаемой информации мы сможем передавать в единицу времени при одном и том же диаметре антенны. Сетку антенны придётся делать попрочнее, чтобы не источилась пылью.
http://jre.cplire.ru/koi/mar09/2/text.html
"SNR – соотношение мощностей сигнала и флуктуации шума, R - расстояние, лямбда - длина волны, P - средняя мощность излучения, S1 и S2 - эффективные площади передающей и приемной антенн, k - постоянная Больцмана, Tшум - шумовая температура приемной системы, t – время когерентного накопления сигнала, T - время некогерентного накопления сигнала, n=T/t - количество независимых оценок некогерентного накопления."
Поэтому многие удивляются, отчего это "Кассини" или "Вояджер" так медленно передают картинки, почему они не могут всё передать в реалтайме. Вот потому.

[Ultima Thulean]

"Кассини" или "Вояджер" так медленно передают картинки

А когда "Вояджеры" последний раз передавали картинки? Было бы интересно взглянуть на фото из той дали, где они сейчас

Но сколько бы это заняло времени и энергии

Конечно, там не было бы ничего особенного, чёрное небо со звёздами, но просто символически. Может быть, Солнце заснять, типа Pale Blue Dot (планеты-то уже не разобрать).

[bob]

А когда "Вояджеры" последний раз передавали картинки?

При пролёте Нептуна, мне кажется. В любом случае это было очень-очень давно. Такую фотку можно получить ещё с "новых горизонтов", но она будет малоинформативна: просто глобус звёздного неба, и Солнце как самая яркая звезда на нём.

[Ultima Thulean]

Фотки нужны обязательно, чисто для пиара Но редкие, раз в 5-10 лет, для начала. Потом можно и реже, но чтоб не забывали.

[bob]

Фотки нужны обязательно, чисто для пиара Но редкие, раз в 5-10 лет, для начала. Потом можно и реже, но чтоб не забывали.

Не только для пиара. Я уже раскрывал попутные задачи межзвёздных миссий, может быть даже более забавные, чем конечный результат, который может быть и не достигнут, если что-то сломается по дороге. Это астрометрия. Хотите иметь объёмную модель галактики или Краба в три-D: вот, пожалуйста. Для этого нужно иметь обсерватории на разных галактических орбитах. Снимающие с нескольких точек. Ну и пиар тоже, и мировоззренческий смысл. Шутка ли - рукотворное астрофизическое событие: "через тридцать лет зонд Икс, запущенный триста лет тому назад из ныне забытого территориального образования, выйдет из режима гибернации и вновь осмотрится вокруг". Этого будут ждать с нетерпением разные поколения.