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

[Ultima Thulean]

попутные задачи межзвёздных мисий, 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.

Попутные задачи межзвёздных миссий это и есть конечный результат. До звёзд-то всё равно в разумные сроки не долететь. Задача "медленных" зондов (10-20 а.е./год, вряд ли больше) это изучение межзвёздного пространства, астрометрия, возможно космологические исследования.

[bob]

Попутные задачи межзвёздных миссий это и есть конечный результат. До звёзд-то всё равно в разумные сроки не долететь. Задача "медленных" зондов...

В общем-то так оно и есть. Чего бы мы ни наизобретали в ближайшие десятилетия, это всё равно будет "медленный зонд". Он может быть быстрее на один -два порядка, но он всё равно будет "медленный", и встретится с теми же трудностями, что и обычный "медленный зонд", запущенный современной ракетой. Поэтому я и хочу довести до технически исполнимого абсолютного совершенства и очевидной простоты именно "медленный зонд". Что бы ни произошло, альтернативы ему нет. Десятки тысяч лет, тысячи лет или сотни лет полёта - какая разница? Быстрее всё равно не получится. И это будет одна и та же машина, вне зависимости от средств её запуска, которые могут совершенствоваться со временем. Мне хочется заранее отточить её идеальную типовую модель как Р-7 или автомат Калашникова, не взирая на качества её потенциального носителя.

[sharp]

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.)

Это вы зря. Многомодульность - это единственный вменяемый способ вывести на орбиту космические аппараты больших масс и размеров. Причина проста и заключается она в наверняка известном Вам законе квадрата-куба. Масса растет пропорционально кубу линейных размеров, а тяга - пропорционально квадрату. При старте с поверхности вы не можете опустить тягу ниже 1g, иначе, как вы сами понимаете, не взлетит. Поэтому чем больше требуемая масса, тем сложнее конструкция ракеты-носителя. Гораздо практичнее запускать на простых и надежных ракетах. Плюс ко всему, вы не рискуете похерить всю миссию одним неудачным стартом.

[bob]

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.)

Это вы зря. Многомодульность - это единственный вменяемый способ вывести на орбиту космические аппараты больших масс и размеров. Причина проста и заключается она в наверняка известном Вам законе квадрата-куба. Масса растет пропорционально кубу линейных размеров, а тяга - пропорционально квадрату. При старте с поверхности вы не можете опустить тягу ниже 1g, иначе, как вы сами понимаете, не взлетит. Поэтому чем больше требуемая масса, тем сложнее конструкция ракеты-носителя. Гораздо практичнее запускать на простых и надежных ракетах. Плюс ко всему, вы не рискуете похерить всю миссию одним неудачным стартом.

Ну, как знать, как знать... Просто сборку аппарата стыковкой вести сложно. Хотя, можно отдельно запустить приборную часть, а, например, реакторы пристыковать потом, ещё парой пусков. (На них в любом случае придётся львиная доля массы сцепки.) От плотной упаковки сложенной конструкции при этом всё равно не уйти. Антенну в развёрнутом виде доставить не получится.  И пригодится опыт "Радиоастрона" и того складного РТ, который цепляли к "Салюту". У нас вообще, наверное, наибольший опыт по изготовлению и развёртыванию складных конструкций большого диаметра в космосе.
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%A0%D0%A2-10
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%B0%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD

[snickers]

Это Вам скажет любой связист.

Может я и не "любой связист" но кое что понимаю в радиосвязи, Так для определения размера и формы антенны надо сначала определить на какой частоте хотите передавать сигнал. От частоты зависит длина волны λ, соответственно и размер антенны. Например при частотах в 400+мГц длина волны λ около  70 см. И вот логический вопрос - а нахрена такой волне антенна в десятки метров?? Обычно используют 1/2 или 1/4  λ.

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

С метровыми волнами все неоднозначно. Конечно от облака Оорта с КА до Земли они долетят, но вот через ионосферу не пройдут. Уже обычный СиБи диапазон на 27МНц это около 11 метров может при определенных условиях работать через отражения ионосферы, то есть 11 метровая волна практически не проходит через ионосферу. Но есть и плюсы, длинные волны практически не поглощаются межзвездной пылью например,  так как в космосе они не используются КА на околоземных орбитах, то и помех от этого нет. Но нужен орбитальный ретранслятор.

[ROVIAN]

Обычно используют 1/2 или 1/4  λ.

Не совсем так.... используют чаще не физическую, а электрическую .....
Например при вертикальном штыре (всенаправленно) лучше делать 3/4 волны, а ещё удобнее 5/8, меняем лишь катушку и физические размеры, а лупит дальше..... 

[snickers]

Например при вертикальном штыре (всенаправленно)

Оно кстати и тип антенны надо бы определить..DX из облака Оорта это конкретный такой ....DX) эх репитер бы туда закинуть...

[ROVIAN]

Например при вертикальном штыре (всенаправленно)

Оно кстати и тип антенны надо бы определить..DX из облака Оорта это конкретный такой ....DX) эх репитер бы туда закинуть...

А вдруг поляризация другая.....
Круговая рулит. 

А репитер куда ? Ежли к ним, то смысл передачи, уже долетели. Если к области,то тоже вариантов один из ........прошёл вдоль дороги, считал шпалы, ну его.....

[bob]

Это Вам скажет любой связист.

Может я и не "любой связист" но кое что понимаю в радиосвязи, Так для определения размера и формы антенны надо сначала определить на какой частоте хотите передавать сигнал. От частоты зависит длина волны λ, соответственно и размер антенны. Например при частотах в 400+мГц длина волны λ около  70 см. И вот логический вопрос - а нахрена такой волне антенна в десятки метров?? Обычно используют 1/2 или 1/4  λ.

Вы уточнение, видимо, не прочли, пропустили:
"Железный bob-3" или  оптимальная компоновка "медленного зонда"

[alex_semenov]

Прошу прощение.
Не слежу за этой темой (заглядываю лишь изредка), но вижу что она уже имеет длинный исторический хвост.
Тут обсуждалась концепция Штерна?
Из романа "Ковчег 47 либра"?

http://www.youtube.com/watch?v=eYfTGkj6OsE#



Там по-моему именно ваш случай и Штерн достаточно подробно (вплоть до конкретных цифр в которых можно найти чисто физические ошибки) расписано.
Как вам его концепция?
В частности реактора и вообще всей компоновки многотысячелетнего ковчега?

Еще. Для вашего зонда. Очень полезный график:



Это минимальная полезная удельная мощность ракеты, движущейся с ПОСТОЯННО включенным двигателем (до "середины" пути разгоняется, после торомзит). То есть это МИНИМАЛЬНАЯ удельная (притом полезная!) мощность необходимая ракете что бы добраться до цели (на таком то расстоянии) за столько то лет. Видно что при ЗДРАВОМ значении удельной мощности полет займет тысячелетия.
Самая рекордная удельная мощность ТЕОРЕТИЧЕСКИ допускавшаяся разработчиками для связки реактор+электроракета 4000 вт/кг.
И то это очень специфическая конструкция на радиоизотопном распаде полония (для звездолета такое топливо не годится). Выхолощенная до предела концепция, совмещающая в себе реактор с радиатором.

[bob]

Прошу прощение.
Не слежу за этой темой (заглядываю лишь изредка), но вижу что она уже имеет длинный исторический хвост.
Тут обсуждалась концепция Штерна?
Из романа "Ковчег 47 либра"?

Да. Принцип вечного реактора
Эта тема - аппендикс от той.

[sharp]

 

Может я и не "любой связист" но кое что понимаю в радиосвязи, Так для определения размера и формы антенны надо сначала определить на какой частоте хотите передавать сигнал. От частоты зависит длина волны λ, соответственно и размер антенны. Например при частотах в 400+мГц длина волны λ около  70 см. И вот логический вопрос - а нахрена такой волне антенна в десятки метров?? Обычно используют 1/2 или 1/4  λ.

Передачу на таких расстояниях необходимо делать узконаправленной, потому что иначе потребуется слишком большая мощность, чтобы сигнал было возможно принять с Земли.
Для направленной же передачи актуальна формула дифракционного предела:
1.22*λ/D

Как нетрудно заметить, D в знаменателе, следовательно чем больше размер антенны, тем лучше.

Например при вертикальном штыре (всенаправленно) лучше делать 3/4 волны, а ещё удобнее 5/8, меняем лишь катушку и физические размеры, а лупит дальше.....

Передача на таких расстояниях должна быть только направленной, иначе никакой мощности не хватит.
Антенна, очевидно, должна быть параболической (т.е. "тарелкой").

[bob]

Передача на таких расстояниях должна быть только направленной, иначе никакой мощности не хватит. Антенна, очевидно, должна быть параболической (т.е. "тарелкой").

Я тоже так думаю, и склоняюсь к этому (как на рисунке выше), но для инженерно-компоновочной простоты можно заменить её фазовой решёткой малого шага. Минус решётки - трудность управления модуляцией при малой длине волны. Плюс решётки - она плоская. Её проще сложить под обтекатель РН. Сложить по сгибам как конверт, или обернуть вокруг другого выводимого хлама, смотать в рулон как обои или ковровую дорожку... В развёрнутом состоянии - просто прямоугольник из мелкой сеточки. Тоже вариант.

Передачу на таких расстояниях необходимо делать узконаправленной, потому что иначе потребуется слишком большая мощность, чтобы сигнал было возможно принять с Земли.
Для направленной же передачи актуальна формула дифракционного предела:
1.22*λ/D

Конечно, да. Вот тут "Железный bob-3" или  оптимальная компоновка "медленного зонда" с формулами, что и как. Диаметр (в случае параболической тарелки) или эквивалентный диаметр (в случае фазовой решётки) должен быть очень большим. Через атмосферу с перегрузками на носителе в развёрнутом виде этого не протащить. Поэтому я ещё в первом посте написал, что без складных конструкций - ну никак. РТ-20 -40... -70 и выше из сетки или фольги можно развернуть только в пустоте при микрогравитации. Если у современных зондов антенна-тарелка ещё помещается в не сложенном виде, и складывать приходится только солнечные батареи и радиаторы, то здесь складная, в десятки слоёв пакета, антенна неизбежна как приговор.

[sharp]

Плюс решётки - она плоская. Её проще сложить под обтекатель РН. Сложить по сгибам как конверт, или обернуть вокруг другого выводимого хлама, смотать в рулон как обои или ковровую дорожку...

Сложить "тарелку" ничуть не сложнее. По сути складная тарелка - это зонтик А КПД выше,  чем у фазовой сетки, и модуляция технически проще.

[bob]

Сложить "тарелку" ничуть не сложнее. По сути складная тарелка - это зонтик А КПД выше,  чем у фазовой сетки, и модуляция технически проще.

Да. Но у тарелки "горб" есть. Выпуклость деталей при любом методе упаковки не должна превышать разумного диаметра обтекателя, когда складываем - вот, в чём фича. Зонтик из гнутых деталей нельзя сложить совершенно компактно, а фазовую плоскость можно: в кубик или в рулон... Представьте себе, что у Вас задача сложить антенну Евпатории, пусть даже выполненную из фольги на спицах, под обтекатель "Протона". Заколебаться можно.

[Зануда]

Зонтик из гнутых деталей нельзя сложить совершенно компактно, а фазовую плоскость можно: в кубик или в рулон...

Линза Френеля - штука хорошая, но что-то на реальных космических аппаратах я её не видел. Пробел в моих знаниях? Или вогнутое зеркало с приемлемыми отклонениями от параболичности (т.е. из конусов или плоских трапеций) легче сделать?

[bob]

Или вогнутое зеркало с приемлемыми отклонениями от параболичности (т.е. из конусов или плоских трапеций) легче сделать?

Сегментированное? Гранёный параболоид? Проще, конечно. Но у него эффективный диаметр при даже очень большом практическом, будет тем меньше, чем крупнее сегментирование, поскольку работать остронаправленно будут только небольшие участки.

Линза Френеля - штука хорошая, но что-то на реальных космических аппаратах я её не видел. Пробел в моих знаниях?

Нет. Действительно не делали. В смысле - зеркало на том же принципе (ведь такая поверхность может быть и отражательной). Применяется сколько угодно - в прожекторной технике. В радиотелескопии, пожалуй - только РАТАН-600, и колечко там узкое. Связано, я думаю, с тем, что от такого зеркала фаза волны уплывёт хаотически (с параболы каустика срывается слитно, а здесь будет мелкая резка с рассогласованием фронта по времени. Френель хорош для оптики, наблюдаемой глазом, очень накопительно, где длина отдельной волны ничтожна в сравнении с масштабами наблюдаемых объектов, и никак не играет. В радиооптике уже не так. Да и нужды не было. Даже на "Горизонтах" складной антенны не понадобилось.

[bob]

Небольшая поправочка. На рисунках выше показано, что зонд разворачивается в полётную конфигурацию инерцией после включения двигателей ориентации, последовательно поворачивающих его вокруг поперечной, а затем продольной, осей. Думаю, лучше для этого применить гиродины, которые удобнее поставить внутри центрального блока научной аппаратуры. Это менее энергетически затратно и более точно. И вообще они не раз могут пригодиться, поскольку перенаводить антенну на начальном этапе полёта придётся не один раз, пока радиус земной орбиты относительно зонда не сравняется с радиусом круга аберраций антенны. И незачем на это тратить рабочее тело двигателей. Но минус - это лишняя масса самих гиродинов, однако. Впрочем, их можно сделать маломассивными, но оборотистыми.

[bob]

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.)

Это вы зря. Многомодульность - это единственный вменяемый способ вывести на орбиту космические аппараты больших масс и размеров. Причина проста и заключается она в наверняка известном Вам законе квадрата-куба. Масса растет пропорционально кубу линейных размеров, а тяга - пропорционально квадрату. При старте с поверхности вы не можете опустить тягу ниже 1g, иначе, как вы сами понимаете, не взлетит. Поэтому чем больше требуемая масса, тем сложнее конструкция ракеты-носителя. Гораздо практичнее запускать на простых и надежных ракетах. Плюс ко всему, вы не рискуете похерить всю миссию одним неудачным стартом.

Вот здесь Вы явным образом ошибаетесь. Дело в том, что точно так же и у нескольких ракет, запускаемых последовательно "масса растет пропорционально кубу линейных размеров, а тяга - пропорционально квадрату". Свяжите их в пакет, запустите одновременно - и получите супертяж. Разница же вот в чём: на супертяже масса растёт не совсем пропорционально кубу, а меньше - Вы убираете лишние стенки между модулями пакета. Например, та же Н-1 это пакет "Союзов", но баки-то и обшивка большие, общие. Понятно? Плюс - экономия на стыковочных узлах и автоматике, которые потребуются для сборки пакета на орбите (всё заранее собрано на Земле по простому - чугуниевыми болтами). Супертяж в железе всегда выгоднее многопусковой схемы средних ракет, если только затраты на его разработку не превышают размера этой выгоды. При серийном производстве пупертяж выгоднее середнячков, если под него есть регулярные задачи. (Если каръер у Вас большой, то лучше иметь на нём один большой белаз, чем десять мазов.) А риски с применением последовательно запускаемых ракет многопусковой схемы только растут, как при любом последовательном соединении в стиле ёлочной гирлянды. Одна из ракет с необходимой частью возимого оборудования упадёт - и сразу обесценятся пуски всех остальных. Поскольку, пока Вы готовите замену, с опорной орбиты попадает всё остальное, что запущено раньше.

[Андрей Курилов]

Centauri Dreams: Immortal Interstellar Probes
https://www.centauri-dreams.org/2018/05/18/immortal-interstellar-probes/